Le particelle di fuliggine influenzano il riscaldamento globale

Quando il legno, i prodotti petroliferi o altri materiali organici vengono bruciati, le particelle di fuliggine vengono rilasciate in atmosfera. Queste particelle di fuliggine di origine antropica sono composte principalmente da carbonio e sono considerate il secondo più importante fattore di riscaldamento globale dopo l'anidride carbonica: in atmosfera o come depositi sulle superfici di neve e ghiaccio, assorbono le radiazioni solari a onde corte e contribuiscono così al riscaldamento globale.

Nell'atmosfera, le particelle di fuliggine hanno anche un effetto indiretto sul clima, modificando la formazione e lo sviluppo delle nuvole e influenzandone quindi le proprietà. Un team di ricerca guidato da Ulrike Lohmann, professoressa presso l'Istituto per l'atmosfera e il clima dell'ETH di Zurigo, ha studiato per la prima volta come due tipi specifici di particelle di fuliggine influenzino il ciclo delle nuvole e quindi il clima: da un lato gli aerosol di fuliggine che invecchiano grazie all'ozono e dall'altro quelli che invecchiano grazie all'acido solforico.

La chimica della fuliggine cambia la formazione delle nuvole

"Finora si pensava che questi due tipi di invecchiamento della fuliggine avessero una scarsa influenza sulla formazione delle nubi e sul clima", afferma David Neubauer, programmatore scientifico del gruppo di ricerca di Lohmann. Tuttavia, i risultati delle simulazioni effettuate sul supercomputer del CSCS "Piz Daint" dipingono un quadro diverso.

Quando le particelle di fuliggine si combinano con l'ozono o l'acido solforico, le loro proprietà fisiche e chimiche cambiano, scrive il team di ricerca nel suo studio, pubblicato di recente sulla rivista Nature Geoscience. Le particelle di fuliggine invecchiate dall'ozono formano nuclei di condensazione negli strati più bassi dell'atmosfera, da cui possono formarsi le nuvole. Negli strati più alti dell'atmosfera, invece, queste particelle di fuliggine invecchiate dall'acido solforico agiscono come nuclei di ghiaccio e danno origine ai cirri.

Il team ha simulato il modo in cui le particelle di fuliggine, invecchiando in modo diverso, influenzano la formazione delle nuvole e, di conseguenza, il clima, dall'epoca preindustriale al futuro. In queste simulazioni, lo sviluppo delle particelle di aerosol viene calcolato in modo interattivo insieme alla fisica della formazione delle nuvole. Si tratta di un'attività complessa che richiede più tempo di calcolo rispetto alle simulazioni climatiche convenzionali.

Il team di ricerca ha formulato ipotesi ben definite per i suoi calcoli, descrivendo lo stato di invecchiamento delle particelle di fuliggine in funzione della temperatura e della concentrazione di ozono. Entrambi i fattori hanno un'influenza significativa sull'invecchiamento: affinché la fuliggine invecchi rapidamente a causa dell'ozono, la temperatura e la concentrazione di ozono devono essere elevate. Una bassa temperatura gioca un ruolo decisivo nella formazione di nuclei di ghiaccio attraverso l'invecchiamento con acido solforico.

La formazione delle nuvole cambia e porta al riscaldamento

Le simulazioni della fuliggine invecchiata dall'ozono mostrano che un raddoppio del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera porta alla formazione di un minor numero di nuvole basse rispetto all'epoca preindustriale. Inizialmente, l'invecchiamento dell'ozono della fuliggine provoca la formazione di un numero significativamente maggiore di gocce di nuvole. Tuttavia, la loro elevata concentrazione fa sì che il bordo superiore della nuvola si raffreddi più rapidamente e che dall'alto si mescoli più aria secca. "Questo fa sì che le nuvole evaporino più rapidamente, soprattutto in un clima più caldo", spiega Lohmann. "L'evaporazione più rapida fa sì che rimangano meno nuvole basse e che una maggiore quantità di radiazioni a onde corte raggiunga la terra e la riscaldi".

Le particelle di fuliggine invecchiate dall'acido solforico, invece, provocano la formazione di un maggior numero di cristalli di ghiaccio e le nubi cirrotiche diventano otticamente più spesse, cioè meno permeabili alle radiazioni. Si estendono fino alla tropopausa, che si trova a un'altitudine di 10-18 chilometri, e rimangono più a lungo nelle zone più alte dell'atmosfera. Di conseguenza, i cirri assorbono una maggiore quantità di radiazioni termiche a onda lunga emesse dalla Terra e ne lasciano sfuggire meno nello spazio. L'effetto riscaldante dei cirri aumenta e il riscaldamento globale viene ulteriormente alimentato: Se il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera raddoppia rispetto all'epoca preindustriale, entrambi i tipi di invecchiamento della fuliggine portano a un aumento del riscaldamento globale da 0,4 a 0,5 ºC. Di conseguenza, il ciclo dell'acqua continuerà ad accelerare e le precipitazioni globali continueranno ad aumentare, scrivono i ricercatori.

Ulteriori studi che includano anche gli aerosol provenienti da incendi boschivi, motori di aerei o automobili e che combinino misurazioni sul campo e in laboratorio con simulazioni potrebbero fornire un quadro ancora più chiaro dell'impatto degli aerosol di fuliggine. Potrebbero anche aiutare a sviluppare strategie per ridurre al minimo le emissioni. "Questo non solo andrebbe a vantaggio del clima e della qualità dell'aria, ma anche della salute delle persone", sottolinea Neubauer.

Questo testo di Simone Ulmer è apparso in inglese sul sito web del pagina esternaCSCS.