Migliorare la descrizione della formazione delle nubi nei modelli atmosferici
Il vapore condensabile più abbondante nell’atmosfera è l’acqua, che si trasforma in piccole gocce quando entra in contatto con una superficie fredda. Proprio per questo motivo gli occhiali da vista si appannano quando si passa da un ambiente freddo a uno più caldo. Oltre al vapore acqueo, l’atmosfera contiene anche particelle di aerosol. Questi granelli microscopici sospesi nell’aria provengono da fonti naturali come la polvere del deserto e la schiuma marina dispersa nell’aria, ma anche da inquinanti di origine antropica come le emissioni industriali. «Le piccole particelle di aerosol nell’atmosfera si comportano come la superficie degli occhiali», spiega Ilona Riipinen dell’Università di Stoccolma(si apre in una nuova finestra), coordinatrice del progetto INTEGRATE(si apre in una nuova finestra). «Ogni goccia che compone le nuvole dell’atmosfera attuale deriva da una particella.»
Dalle molecole alla scienza del clima
Le particelle di aerosol sono quindi fondamentali per la formazione delle nubi. L’interazione tra particelle di aerosol e vapore è molto importante per determinare le dimensioni delle nuvole e i livelli di precipitazione, nonché il bilancio energetico della Terra, ossia l’equilibrio tra la radiazione solare in entrata e la radiazione terrestre in uscita, che è legato alla capacità delle nuvole di riflettere la radiazione solare. Il progetto INTEGRATE, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), ha voluto approfondire le conoscenze fondamentali di queste interazioni, al fine di comprendere meglio come le nuvole e le precipitazioni influenzano il clima e determinano la qualità dell’aria. «Queste interazioni comportano catene complesse di eventi», aggiunge Riipinen. «Per stimare con precisione, ad esempio, l’evoluzione della temperatura o delle precipitazioni in un modello di sistema terrestre, dobbiamo poter descrivere numericamente processi non lineari come i cambiamenti nelle proprietà degli aerosol e nella microfisica delle nuvole. Un compito molto difficile.»
Osservare le interazioni tra le particelle
Per raggiungere i suoi obiettivi, INTEGRATE ha riunito scienziati e scienziate che lavorano a livello molecolare fondamentale, ad esempio studiando i fattori che determinano la condensazione di una molecola, con esperti di scale completamente diverse, ad esempio le interazioni tra foreste e atmosfera. Questo approccio ha contribuito a collocare le transizioni di fase a livello molecolare nel contesto della scienza del clima. «In termini di lavoro sul campo, abbiamo raccolto campioni d’aria da ambienti remoti dell’Artico, dove ci sono pochi particolati di origine antropica, e da regioni più inquinate come la pianura padana nel Nord Italia», osserva Riipinen. «Abbiamo poi usato diverse tecniche per misurare le particelle dal livello molecolare fino alle dimensioni delle goccioline delle nuvole, che sono alcuni ordini di grandezza più grandi.» L’équipe si è concentrata anche sui nitrati, un gruppo di composti dei quali si hanno ancora poche informazioni. Con la diminuzione delle emissioni di solfati, si prevede che i nitrati aumenteranno di importanza come fonte di particolato di origine antropica. Il gruppo del progetto ha ottenuto nuove informazioni sul modo in cui i diversi nitrati interagiscono con l’acqua.
Raccomandazioni per gli scienziati del clima
Uno dei più importanti traguardi del progetto è stato quello di trasformare le idee scientifiche sul ruolo del particolato nella formazione delle nuvole. Contrariamente al pensiero convenzionale, secondo cui le particelle devono avere una certa dimensione per diventare parte delle nuvole, Riipinen ritiene che questo processo debba essere considerato come un flusso continuo. I risultati del progetto sono anche stati trasformati in raccomandazioni per gli scienziati del clima, con l’intento di aiutarli ad applicare queste scoperte nei sistemi terrestri e nei modelli di qualità dell’aria. «Se vogliamo fare previsioni sui cambiamenti dei modelli di precipitazione o sulla qualità dell’aria, abbiamo bisogno di descrizioni migliori delle interazioni tra aerosol e vapore, e dei processi fisici coinvolti», spiega l’autrice. «Le descrizioni nei modelli devono essere basate su conoscenze fondamentali.» Allo stesso modo, Riipinen ritiene che il progetto abbia dimostrato che gli scienziati teorici devono collaborare con la scienza applicata per garantire che il loro lavoro sia comprensibile e utilizzabile nei modelli predittivi.
