Gli aerosol, minuscole particelle sospese nell’aria, svolgono un ruolo essenziale nelle previsioni meteorologiche e climatiche, influenzando la formazione delle nuvole e delle precipitazioni e riflettendo parte dei raggi solari. A seconda della loro composizione, dimensione e altitudine, svolgono un ruolo complesso nel bilancio energetico del pianeta, raffreddandolo o riscaldandolo a loro volta.
Coprendo più del 70% della superficie terrestre, gli oceani potrebbero essere la fonte naturale di aerosol con la maggiore influenza sul bilancio radiativo della Terra, ovvero il bilancio tra l’energia solare ricevuta e l’energia infrarossa riflessa nello spazio, determinando così la sua temperatura globale. "Tuttavia, la quantità di aerosol prodotti è ancora poco conosciuta, il che crea un’importante fonte di incertezza nei modelli climatici e meteorologici", spiega Julia Schmale, docente presso l’Extreme Environments Research Laboratory (EERL) - Ingvar Kamprad Chair. Insieme a colleghi di altre istituzioni [1] , ha progettato un sistema innovativo basato su apparecchiature disponibili in commercio che può essere utilizzato per mettere in relazione gli aerosol con lo stato dell’oceano. Progettato per essere utilizzato a bordo di una barca, il dispositivo registra simultaneamente le concentrazioni di aerosol circostanti, le condizioni atmosferiche e la morfologia delle onde. Gli scienziati hanno raccolto i primi dati nell’Artico, pubblicati sulla rivista scientifica Atmospheric Environment.
Un dispositivo a basso costo che può essere portato a bordo di altre imbarcazioni
Non è un caso che l’équipe scientifica, sostenuta da una borsa di ricerca del Centro di Imaging dell’EPFL, abbia scelto di imbarcarsi su una rompighiaccio nelle condizioni inospitali del Mare di Barents e del Mare di Kara, ai margini del Polo Nord: "Nell’Artico le emissioni di aerosol sono molto variabili. In particolare, c’è sempre meno mare ghiacciato e più banchi di ghiaccio alla deriva e oceano aperto. Ci aspettiamo quindi cambiamenti molto significativi negli anni a venire", spiega Julia Schmale.Attualmente i dati sugli aerosol marini vengono acquisiti dai satelliti o dagli osservatori sulla costa, ma l’analisi di questi dati è solo un’approssimazione. Il sistema proposto in questo studio acquisisce dati sullo stato del mare utilizzando due telecamere commerciali posizionate sul ponte dell’imbarcazione. Le immagini combinate forniscono una visione stereoscopica, consentendo di ricostruire la superficie in 3D nonostante il movimento di beccheggio. Gli algoritmi valutano la morfologia delle onde (altezza, profondità, modo di infrangersi, ecc.) e le mettono in relazione con le misure di aerosol e i dati sullo strato inferiore dell’atmosfera (temperatura, precipitazioni, vento, ecc.). "Questo processo ci ha permesso di ottenere un’eccellente risoluzione temporale, dell’ordine di un secondo per le misure atmosferiche e oceaniche".
Prima di poter integrare questi dati nei modelli climatici, abbiamo bisogno di numerosi studi come questo in tutti gli oceani, poiché le condizioni variano notevolmente a seconda della stagione, del tempo e del luogo.J ulia Schmale, docente presso il Laboratorio di Ricerca sugli Ambienti Estremi
Stima della quantità di aerosol utilizzando dati provenienti dall’oceano e dall’atmosfera
L’analisi dei risultati fornisce una prima panoramica delle variabili fisiche (stato del mare, vento e stabilità atmosferica) che influenzano la produzione di aerosol in questa regione settentrionale durante l’estate. "Per convalidare il nuovo sistema, il primo passo è stato quello di confermare che, come la logica suggerirebbe, le emissioni di aerosol sono fortemente correlate alle condizioni del ghiaccio: quando la proporzione di acqua è maggiore e quella di ghiaccio è minore, avremo più emissioni di aerosol. E quando il ghiaccio è compatto, le emissioni dirette in estate sono molto meno numerose. Ma contiamo di scoprire molto di più", osserva il professore.L’analisi dei risultati ha anche mostrato che la concentrazione di aerosol è fortemente modulata dalla stabilità dello strato più basso dell’atmosfera. Questo strato è soggetto a correnti d’aria turbolente, soprattutto in prossimità della superficie dell’acqua quando si formano le onde. Combinando i dati delle onde con quelli atmosferici, gli scienziati hanno trovato una formula che permette di prevedere la quantità di aerosol. È il primo passo verso una migliore quantificazione di questi perturbatori nei modelli climatici? "Sì, ma prima di poter integrare questi dati, abbiamo bisogno di numerosi studi come questo in tutti gli oceani, perché le condizioni variano molto a seconda della stagione, del tempo e del luogo". Anche il Polo Sud non è paragonabile al suo cugino settentrionale, a causa dei venti molto più forti. Il sistema di misurazione a basso costo sviluppato per questo studio potrebbe tuttavia essere facilmente installato su numerose navi per acquisire dati permanenti in tutto il mondo.
Riferimenti
Alireza Moallemi, Alberto Alberello, Iris Thurnherr, Guangyu Li, Zamin A. Kanji, Filippo Bergamasco, Roman Pohorsky, Filippo Nelli, Alessandro Toffoli, J ulia Schmale: Links between atmospheric aerosols and sea state in the Arctic Ocean. Ambiente atmosferico. DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2024.120844[1] School of Mathematics, University of East Anglia, Norwich, Regno Unito, Institute for Atmospheric and Climate Science, Department of Environmental Systems Science, ETH, Zurigo, Svizzera, Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica, Università Ca’ Foscari di Venezia, Venezia, Italia, Dipartimento di Ingegneria delle Infrastrutture, The University of Melbourne, Parkville, Australia
