Uno studio sulla cenere vulcanica potrebbe rafforzare la modellistica del clima
Se da un lato la formazione di ghiaccio influisce considerevolmente sulle proprietà e il ciclo vitale delle nubi, dall’altro rimane uno dei processi meno compresi che incidono in modo indiretto sul clima terrestre. Le goccioline di acqua nell’atmosfera possono permanere nello stato liquido fino a -37 °C prima di congelarsi. Tuttavia, in presenza di particelle sospese denominate particelle di nucleazione del ghiaccio, è possibile che le goccioline di acqua sopraffusa congelino a temperature più calde comprese tra -37 e 0 °C. «Acquisire una migliore comprensione del comportamento di queste particelle sospese è importante per rappresentare con precisione la formazione di ghiaccio nei modelli informatici», spiega Elena Maters, che ha ricevuto un finanziamento con il sostegno del programma delle azioni Marie Skłodowska-Curie presso l’Università di Cambridge, nel Regno Unito. «Ciò a sua volta è cruciale per migliorare la nostra comprensione dei sistemi atmosferici e climatici». È opinione diffusa che la sabbia del deserto trasportata dal vento costituisca uno dei più importanti tipi di particelle di nucleazione del ghiaccio. Eppure, mentre negli ultimi anni si è assistito a un incremento della ricerca sugli impatti della cenere vulcanica sulla formazione di ghiaccio, alcuni studi sul campo e in laboratorio presentano prove contrastanti. «Non risulta evidente quale sia la forza trainante nelle grandi variazioni riscontrate nell’attività di nucleazione del ghiaccio (INA) della cenere» afferma Elena Maters, attualmente borsista a inizio carriera della fondazione Leverhulme a Cambridge. «Ciò potrebbe essere legato alla composizione chimica, alla cristallinità oppure alla mineralogia delle particelle solide. Tuttavia, prima d’ora questi aspetti non sono stati approfonditi in modo sistematico».
Il comportamento della cenere
L’obiettivo principale del progetto INoVA, coordinato dall’Università di Leeds, nel Regno Unito, era constatare cosa innesca l’attività di nucleazione del ghiaccio nella cenere vulcanica. L’attenzione si è quindi concentrata sul capire se l’interazione della cenere con i gas e i condensati presenti nei pennacchi eruttivi e nell’atmosfera potesse influire sull’attività di nucleazione del ghiaccio. «Sono state impiegate diverse tecniche per generare e trattare campioni in polvere, analizzarne le proprietà e misurare la nucleazione del ghiaccio», osserva Elena Maters. Gli esperimenti condotti su una serie di campioni di cenere e vetro hanno permesso a Elena Maters di separare l’impatto della composizione chimica e della mineralogia sull’attività di nucleazione del ghiaccio. «Sono inoltre state effettuate simulazioni in laboratorio dei processi eruttivi e atmosferici», aggiunge. «Queste ultime ci hanno permesso di esaminare i cambiamenti nell’attività di nucleazione del ghiaccio dovuti all’alterazione termica e chimica, proprio come avviene durante il trasporto della cenere tramite i pennacchi eruttivi e l’atmosfera».
Modelli climatici precisi
Un risultato di rilievo ottenuto dal progetto riguarda la migliore capacità di nucleazione del ghiaccio della cenere rispetto al vetro, portando all’ipotesi che i componenti cristallini giochino un ruolo importante. «I campioni più inclini alla formazione di ghiaccio erano composti da feldspato alcalino, feldspato plagioclasio e pirosseni, portandoci a ipotizzare che l’eruzione di roccia felsica che diventa magma intermedio possa dare origine a cenere incline alla formazione di ghiaccio», afferma Elena Maters. Inoltre, il progetto ha riscontrato che l’attività di nucleazione del ghiaccio da parte della cenere può essere potenziata o indebolita da varie interazioni cenere-gas e cenere-condensato, ad esempio utilizzando acqua, biossido di zolfo o acido solforico. «L’incremento nell’attività di nucleazione del ghiaccio osservata in caso di esposizione della cenere al biossido di zolfo a temperature elevate è stato particolarmente sorprendente», sottolinea Elena Maters. È possibile integrare le informazioni raccolte sulla cenere, tra cui particelle di nucleazione del ghiaccio, nei modelli informatici meteorologici e climatici, fornendo risultati che potrebbero rivelarsi preziosi per i centri di consulenza sulla cenere vulcanica e i centri meteorologici. Parte del lavoro svolto da Elena Maters è stato pubblicato nella rivista accademica Atmospheric Chemistry and Physics, mentre altri tre articoli sono in corso di preparazione. «Altre azioni a largo raggio, compreso un dibattito pubblico sulla comunicazione dei pericoli di natura vulcanica, si sono dimostrate opportunità preziose per condividere le conoscenze», conclude Elena Maters. «Una volta che l’intero lavoro sarà pubblicato, fornirà le basi per una nuova comprensione della nucleazione del ghiaccio da cenere vulcanica e spianerà la strada per lavori futuri stimolanti in questo settore».
Parole chiave
INoVA, vulcanico, meteo, clima, cenere, ghiaccio, atmosfera, Terra, nucleazione, meteorologico, roccia felsica, magma, attività di nucleazione del ghiaccio
