Piccole particelle di polvere con un grande impatto sul clima
Le particelle di nucleazione del ghiaccio (INP, Ice Nucleating Particles), ovvero i piccoli grani di materia trasportata nell’atmosfera, sono fondamentali per i modelli climatici. Tuttavia, sono poche le informazioni a nostra disposizione sull’origine di queste particelle o sulla loro concentrazione nell’atmosfera. «Negli ultimi cinque anni circa è diventato evidente che la quantità di ghiaccio presente nelle nuvole secondo i modelli climatici globali è troppo elevata. Se si corregge questo elemento, i modelli prevedono un riscaldamento molto maggiore», afferma Benjamin Murray, coordinatore del progetto MarineIce, sostenuto dal the Consiglio europeo della ricerca. «Perciò quantificare il ghiaccio nelle nuvole è assolutamente fondamentale per ridurre l’incertezza nei modelli climatici.»
Semi del cambiamento
Generalmente le particelle di nucleazione del ghiaccio sono molto piccole, di larghezza molto inferiore a quella di un capello umano, e sono composte da polvere del terreno, nerofumo, batteri, aerosol marini, polline e altre particelle. Una volta nell’atmosfera, aiutano l’umidità nell’aria a condensarsi in goccioline, che formano le nuvole. Le gocce delle nuvole possono essere molto fredde, con temperature fino a -38 °C, e la presenza di particelle di nucleazione del ghiaccio nella colonna d’aria stimola queste piccole gocce super-raffreddate a trasformarsi in cristalli di ghiaccio. «Tale conversione da acqua a ghiaccio è fondamentale per il clima», spiega Murray. «Quando si attiva la transizione da nuvola liquida a nuvola di ghiaccio, si passa da molte piccole goccioline a pochi grandi cristalli di ghiaccio che possono cadere dall’atmosfera.» Una piccola iniezione di INP, anche solo una particella in nanoscala per litro d’aria, è sufficiente per rendere terso un cielo nuvoloso. In ambienti marini, questo processo rimuove lo strato riflettente di nuvole ed espone la superficie oceanica più scura, permettendo al calore del Sole di essere assorbito dal pianeta e modificando notevolmente le implicazioni climatiche. Tale processo è particolarmente importante nelle regioni sub-polari, a una latitudine compresa tra 45 e 75 gradi. «La concentrazione di INP è fondamentale per comprendere la fase delle nuvole e la riflettività negli ambienti marini», aggiunge Murray. «Si formano enormi sistemi di nuvole in uno stato di super-raffreddamento e sensibili a tali particelle.»
Contare i cristalli
Per fornire stime migliori delle INP nell’atmosfera, Murray e i suoi colleghi presso l’Università di Leeds hanno progettato e costruito l’esperimento di nucleazione del ghiaccio portatile, anche chiamato camera PINE (dall’inglese Portable Ice Nucleation Experiment). All’interno di questo dispositivo, della dimensione di un frigorifero, vi è un contenitore di 10 litri che raccoglie l’aria dell’ambiente, condensandola in una nuvola e contando il numero di cristalli di ghiaccio formatisi nel processo. Il team ha inoltre sviluppato lo strumento di nucleazione a particella immersa, Lab on a chip (LOC-NIPI, dall’inglese Lab On A Chip, Nucleation by Immersed Particle Instrument), che utilizza la microfluidica per contare rapidamente i cristalli di ghiaccio nelle gocce d’acqua. «Uno dei metodi tradizionali per la misurazione delle INP è produrre le gocce manualmente in uno stadio freddo; in tal modo è possibile osservare circa 10 gocce all’ora», afferma Murray. «Con questo strumento, invece, possiamo facilmente generare 100 gocce al secondo.» Tali dispositivi, installati in laboratori sul suolo e nell’atmosfera, stanno contribuendo al rapido progresso delle conoscenze sulla distribuzione delle INP. Una sorprendente fonte di tali particelle è stata scoperta nel corso di ricognizioni aeree svolte dal progetto MarineIce. «Siamo stati fortunati e abbiamo incontrato pennacchi di polvere provenienti da valli glaciali in Islanda», osserva lo studioso. «Abbiamo dimostrato che sono trasportati dall’aria in tutta la regione e che rappresentano un contributo fondamentale alle INP ad alte latitudini.» Ulteriori ricerche nell’Artico hanno mostrato una distribuzione eterogenea e complessa delle INP, evidenziando la scarsa comprensione di tale fenomeno. Il team sta ora commercializzando la camera PINE attraverso il progetto CountIce, finanziato dall’UE, che dovrebbe rivelarsi un grande regalo per i climatologi.
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