Come una goccia può influenzare il clima

Come si formano le nuvole? Facile. Il riscaldamento solare provoca l’evaporazione dell’acqua sulla superficie terrestre e contemporaneamente il riscaldamento dell’aria a contatto con essa. L’aria più calda, seguendo dei moti convettivi,  sale portando con sé il vapore acqueo. Il raffreddamento che questa massa subisce durante la salita porta alla condensazione del vapore acqueo in goccioline minuscole che si accumulano fino a formare una nuvola. Basta così? In realtà no, in quanto si tratta di un meccanismo molto più complesso di quanto possiamo immaginare. Ad aggiungere dettagli microscopici sempre più fini è uno studio pubblicato sulla rivista Science che si concentra proprio sui meccanismi che determinano la dimensione delle goccioline che compongono le nuvole. Da esse, infatti, dipende il potere di riflessione delle nuvole, parametro fondamentaei per elaborare modelli climatici.

 

Lo “starter” delle nuvole

Abbiamo detto che il processo di formazione di una nuvola inizia quando il vapore acqueo dell’atmosfera si condensa per formare piccole goccioline, le cui dimensioni variano tra i 20 e i 50 millesimi di millimetro. Affinché queste goccioline si formino sono necessari i nuclei di condensazione. Si tratta di microparticelle fortemente igroscopiche, cioè in grado di assorbire l’acqua circostante, che fungono da vero e proprio “supporto” fisico per dare il via alla condensazione del vapore acqueo. I nuclei di condensazione, formati da particelle finissime note anche con il nome di “aerosol” possono essere di varia natura. Sostanze organiche, sostanze inorganiche, sali e anche sostanze inquinanti derivanti dalle emissioni antropiche possono fungere da “starter” per la formazione delle nubi. Perché sono importanti i nuclei di condensazione? Gli scienziati sospettano da tempo che siano proprio loro a determinare caratteristiche importanti delle nuvole, come la dimensione delle gocce che le compongono, dalle quali dipende il grado di riflessività delle nuvole e quindi il raffreddamento sul clima terrestre.

 

Questione di tensione superficiale

Un gruppo di ricercatori del Berkeley Lab in California ha condotto una serie di esperimenti per capire cosa succede a livello microscopico quando il vapore acqueo si condensa intorno alle particelle di aerosol concentrandosi, in particolare, sui fattori chimici e fisici che determinano le dimensioni delle gocce all’interno delle nuvole. Si tratta di dettagli microscopici dall’importante effetto macroscopico. Nuvole formate da gocce piccole e numerose corrispondono a una maggior riflessività delle nuvole e, quindi, a un effetto di raffreddamento maggiore sulla superficie terrestre. Al contrario, nuvole formate da gocce più grandi riflettono meno i raggi solari e inducono un riscaldamento terrestre maggiore. All’interno dei laboratori californiani i ricercatori hanno riprodotto una situazione atmosferica simile a quella reale, con particelle di aerosol formate sia da sostanze inorganiche, come il sale proveniente dai mari, sia sostanze organiche che, in natura, derivano soprattutto dalle attività umane, dalle foreste, dagli incendi e dalla fioritura di alcune alghe. Secondo i modelli correnti, la dimensione delle gocce che formano le nuvole sarebbe da attribuire solo alla solubilità di queste particelle. Seguendo questo modello, tuttavia, i ricercatori hanno trovato all’interno della nuvola “artificiale” costruita in laboratorio gocce di dimensioni del 50-60% più grandi rispetto a quelle attese. Perché? Secondo gli scienziati americani, la risposta si trova in altro parametro importante, finora sottovalutato, che guida la condensazione del vapore intorno all’aerosol. Parliamo della tensione superficiale delle goccioline, determinata dalla distribuzione delle particelle organiche e inorganiche all’interno della goccia stessa, seguendo l’andamento riportato nel grafico sotto. Modificando il modello attuale con l’inserimento dell’effetto della tensione superficiale, è stato possibile predire le giuste dimensioni delle goccioline.

modelloLe gocce delle nubi si formano quando la quantità di vapore acqueo raggiunge un certo valore. Le gocce più grandi si formano quando le molecole organiche (in rosso) si trovano sulla superficie e non all’interno della goccia, creando delle condizioni di tensione superficiale che permettono un espansione maggiore (Immagine: Köhler et al./Science/AAAS)

Sebbene sembri un dettaglio microscopico puramente teorico, considerare la tensione superficiale nei modelli di previsione della formazione delle nuvole permetterà di avere modelli climatici più attendibili, con un impatto sulle previsioni climatiche sul breve e, cosa ancor più importante, sul lungo periodo.

 

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