Trovare fonti di acqua atmosferica
Il ciclo idrologico è un sistema complesso. Alcuni processi si verificano su scale molto più piccole di quelle rappresentabili dai modelli di previsione meteorologica. Inoltre, alcuni processi possono compensarsi a vicenda, rendendo difficile il loro calcolo. Questi «errori di compensazione non rilevabili» limitano la nostra comprensione del ciclo idrologico, rendendolo la principale fonte di incertezza nelle previsioni meteorologiche e nei modelli climatici. Un esempio è l’equilibrio tra evaporazione e precipitazioni. L’evaporazione rende l’atmosfera più umida, mentre le precipitazioni la rendono più secca. Poiché l’osservazione dell’umidità è più facile dell’evaporazione e delle precipitazioni, un’eccessiva evaporazione può essere compensata da eccessive precipitazioni. «Questo è un problema, perché da un lato ci preoccupiamo molto delle precipitazioni, ma anche perché c’è un notevole ricambio di energia legato a entrambi i processi, quindi una misurazione corretta è importante per le previsioni meteorologiche», afferma Harald Sodemann(si apre in una nuova finestra), professore di Meteorologia all’Università di Bergen. Gli isotopi stabili dell’acqua possono essere d’aiuto, in quanto sono sensibili alle transizioni di fase (ad esempio da liquido a vapore nell’oceano e da vapore a liquido o ghiaccio nelle nuvole). Qualsiasi misurazione dell’isotopo stabile dell’acqua nell’aria può anche informare sulla quantità di umidità aggiunta o rimossa nei giorni precedenti. Nel progetto ISLAS(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, Sodemann e il suo team hanno esplorato l’uso degli isotopi stabili per correggere la nostra visione del ciclo dell’acqua atmosferica. L’idea era quella di utilizzare i mari nordici come laboratorio naturale per studiare i processi sottostanti su larga scala.
Seguire la storia del vapore acqueo dalla sorgente all’assorbimento
I mari nordici sono sede di un particolare fenomeno meteorologico durante l’inverno e la primavera, chiamato irruzioni di aria fredda (CAO, cold-air outbreaks). Durante le CAO, l’aria artica freddissima e secca si sposta oltre il bordo dei ghiacci e sul mare aperto, poiché l’oceano è più caldo, questo porta a una forte evaporazione nella bassa atmosfera. «In questo caso sappiamo con precisione dove si trova la fonte dell’umidità. Ecco perché consideriamo questa regione un laboratorio naturale», osserva il ricercatore. Il team ha utilizzato strumenti a bordo di un aereo di ricerca, di una nave di ricerca e a terra per intercettare la massa d’aria della CAO durante le diverse fasi. Questo ha permesso di vedere quanta umidità era presente nell’atmosfera e quanta ne era stata rimossa. Come ultimo passo, il team ha misurato gli isotopi stabili nella neve al suolo.
Adottare gli isotopi stabili nelle previsioni dei modelli
Il risultato più diretto e concreto del progetto, e la sua eredità, sono i set di dati ottenuti da tre campagne di misurazione. Il team ha anche ottenuto un risultato scientifico inaspettato dalle misurazioni del 2020 sulle Svalbard, che ha contribuito a risolvere una controversia sugli isotopi stabili nell’Artico. Tuttavia, Sodemann ha sottolineato che la conoscenza del progetto è molto più grande del raggiungimento di un obiettivo o di un risultato. «Questo riguarda il modo in cui pensiamo al ciclo dell’acqua, come una sequenza collegata di eventi, piuttosto che uno stato isolato», spiega l’esperto. Il team ha potuto confermare che il concetto di utilizzare gli isotopi stabili dell’acqua per tracciare la storia del vapore acqueo dalla sorgente all’assorbimento funziona. «Questo sottolinea il valore dell’inclusione degli isotopi stabili nelle previsioni dei modelli, almeno per scopi di ricerca», aggiunge l’autore.
Inserire la scienza dei cittadini
Le idee del progetto proseguiranno nel quadro dell’UE Water4All, in un progetto altamente interdisciplinare denominato ISOSCAN(si apre in una nuova finestra) che esplorerà l’uso delle misurazioni degli isotopi stabili nella neve superficiale per migliorare le previsioni di deflusso dei fiumi. «A tal fine, utilizzeremo la scienza dei cittadini per raccogliere la neve in superficie su vaste aree e coinvolgere gli abitanti del luogo e i turisti nel processo scientifico», spiega.
