Una nuova analisi ha rivelato che sono necessarie capacità avanzate di strumenti satellitari per il monitoraggio globale di particelle microscopiche, o aerosol, nello strato stratosferico dell'atmosfera. Gli aerosol nella stratosfera, situati al di sopra di circa 12 chilometri, aumentano drasticamente dopo un'eruzione vulcanica, portando a cambiamenti nel clima della Terra e fornendo un'opportunità fondamentale per testare modelli scientifici progettati per prevedere le variazioni climatiche a breve e lungo termine.

Ricercatori del Goddard Institute for Space Studies della NASA di New York e della National Academy of Sciences di Kiev, Ucraina, riporta le nuove scoperte sulla rivista The Optical Society (OSA) Optics Express .

Quando un vulcano erutta, grandi quantità di cenere e particelle di acido solforico possono ricoprire l'intero pianeta, bloccando gran parte della luce solare e causando temporaneamente il raffreddamento globale. Gli scienziati stanno ora esplorando se questo effetto di copertura potrebbe essere utilizzato per contrastare il riscaldamento globale iniettando aerosol artificiali nella stratosfera. Tali progetti di geoingegneria richiederebbero anche un modo per monitorare la quantità e le dimensioni del particolato artificiale nella stratosfera e il conseguente effetto climatico.

"La natura globale degli aerosol stratosferici naturali e artificiali significa che è necessario uno strumento specializzato in orbita terrestre per ottenere informazioni complete sulle loro proprietà e distribuzione, " disse Janna Dlugach, un membro del gruppo di ricerca dell'Accademia nazionale delle scienze dell'Ucraina. "Queste informazioni sono fondamentali per testare i modelli climatici e per monitorare gli effetti climatici di potenziali progetti di geoingegneria e grandi eruzioni vulcaniche, che possono pregiudicare il sostentamento dell'intera popolazione".

Monitoraggio degli aerosol dallo spazio

Nel prossimo decennio la NASA prevede di svolgere una missione specializzata per monitorare aerosol e nuvole sulla Terra. Questa missione includerebbe uno strumento che misura non solo la luminosità della luce solare riflessa dall'atmosfera e dalla superficie terrestre, ma anche la polarizzazione della luce, che porta ricche informazioni sulla dimensione, composizione e quantità di particelle di aerosol.

"Le caratteristiche tecniche di questo futuro polarimetro sono attualmente oggetto di dibattito attivo tra la comunità scientifica, " ha detto Michael Mishchenko, un membro del gruppo di ricerca della NASA. "Il nostro documento introduce in questa discussione la necessità di monitorare non solo gli aerosol nella bassa atmosfera, ma anche aerosol stratosferici che potrebbero diventare una parte importante del sistema climatico nel caso di una grande eruzione vulcanica o dell'attuazione di un massiccio programma di geoingegneria".

Le misurazioni della luce solare riflessa dagli strumenti orbitali sono generalmente dominate da nuvole d'acqua luminose, la superficie terrestre e gli aerosol presenti nella troposfera, lo strato atmosferico più vicino al suolo. "Questo non è problematico quando gli aerosol stratosferici sono minimi e quindi non importanti rispetto agli aerosol troposferici, " spiegò Dlugach. "Tuttavia, diventa essenziale separare la luce proveniente dagli aerosol stratosferici in caso di eruzioni vulcaniche o attività di geoingegneria."

Separazione di aerosol stratosferici

Nel nuovo studio, i ricercatori sostengono che qualsiasi futuro strumento orbitale di monitoraggio dell'aerosol dovrebbe fornire misurazioni all'interno di uno stretto canale spettrale centrato a 1.378 micrometri. "A questa lunghezza d'onda il vapore acqueo nella troposfera può assorbire quasi completamente la luce solare diffusa dalle nuvole, superfici terrestri e aerosol troposferici, " ha detto Mishchenko. "Questo ci consente di dedurre le proprietà degli aerosol stratosferici separatamente da quelle degli aerosol troposferici".

I ricercatori hanno utilizzato misurazioni simulate per determinare il modo migliore per misurare gli aerosol stratosferici. Hanno iniziato utilizzando un modello realistico di aerosol stratosferici per calcolare la luminosità teorica e la polarizzazione della luce solare che questi aerosol rifletterebbero nello spazio. Hanno quindi aggiunto errori di misurazione che imitano quelli trovati nei dati satellitari reali. Con le informazioni risultanti, hanno simulato diversi tipi di misurazioni realistiche per determinare quale fornisce informazioni sufficienti per determinare l'importo, dimensione e composizione degli aerosol stratosferici.

"Abbiamo scoperto che misurare la luminosità della luce da sola non consente l'inferenza di aerosol stratosferici, " ha detto Dlugach. "La nostra analisi suggerisce che la futura missione spaziale di monitoraggio dell'aerosol dovrebbe includere uno strumento in grado di ottenere misurazioni precise della polarizzazione di una scena terrestre da più angolazioni alla lunghezza d'onda di 1,378 micrometri".

Il forte canale di assorbimento del vapore acqueo è necessario per cancellare la luce proveniente dalla bassa atmosfera e dalla superficie, mentre misurazioni precise della polarizzazione da più angolazioni forniscono informazioni dettagliate sugli aerosol stratosferici.

Prossimo, i ricercatori hanno in programma di analizzare condizioni di osservazione più impegnative che porrebbero ulteriori requisiti alla progettazione dello strumento. Vogliono anche determinare se la combinazione di osservazioni polarimetriche e lidar dalla stessa piattaforma orbitale sarebbe vantaggiosa per determinate condizioni.