La misura in cui le particelle di aerosol influenzano il clima dipende da quanta acqua possono trattenere nell’atmosfera. La capacità di trattenere l’acqua viene definita igroscopicità (K) e, a sua volta, dipende da ulteriori fattori, in particolare dalla dimensione e dalla composizione chimica delle particelle, che può essere estremamente variabile e complessa. Attraverso approfondite indagini, un gruppo di ricerca internazionale sotto la guida dell’Istituto Max Planck di Chimica (MPIC) e dell’Istituto Leibniz per la Ricerca Troposferica (TROPOS) è riuscito a ridurre la relazione tra la composizione chimica e l’igroscopicità delle particelle di aerosol ad un semplice formula lineare. In uno studio apparso sulla rivista Comunicazioni sulla naturahanno dimostrato che l’igroscopicità, mediata a livello globale, è determinata essenzialmente dalla quota di materiali organici e inorganici che compongono l’aerosol.
L’igroscopicità delle particelle di aerosol è un fattore importante per l’effetto delle particelle di aerosol sul clima e quindi anche per prevedere i cambiamenti del clima utilizzando modelli climatici globali.” La capacità di trattenere l’acqua dipende dalla composizione delle particelle di aerosol, che può variare considerevolmente nell’atmosfera. Tuttavia nel nostro studio abbiamo potuto dimostrare che si possono fare ipotesi semplificate per considerare l’igroscopicità nei modelli climatici”, spiega Mira Pöhlker. È responsabile del dipartimento di “Microfisica atmosferica” presso TROPOS ed è professoressa all’Università di Lipsia. Secondo il ricercatore su aerosol e nuvole, questo è il primo studio a utilizzare i risultati delle misurazioni provenienti da tutto il mondo per dimostrare che una semplice formula lineare può essere utilizzata senza creare enormi incertezze nei modelli climatici.
A questo scopo, il team di Mira Pöhlker ha valutato i dati di 16 campagne di misurazione tra il 2004 e il 2020, in cui l’igroscopicità è stata determinata mediante misurazioni dei nuclei di condensazione delle nuvole e la composizione chimica delle particelle mediante spettrometria di massa dell’aerosol. I dati estesi coprivano un’ampia gamma di regioni e zone climatiche della Terra: dalla foresta pluviale tropicale dell’Amazzonia alle regioni metropolitane con un significativo inquinamento atmosferico in Asia fino alla foresta di pini boreali del circolo polare artico in Europa.
Dalla valutazione di questi set di dati è emerso che: l’igroscopicità effettiva dell’aerosol (κ) può essere derivata dalla percentuale di materiali organici (ϵorg) e ioni inorganici (ϵinorg) utilizzando una semplice formula lineare (κ = ϵorg ⋅κorg + ϵinorg ⋅κinorg). “Nonostante la complessità chimica della materia organica, la sua igroscopicità viene catturata con successo dalla formula semplice”, spiega Christopher Pöhlker, capogruppo presso l’Istituto Max Planck di chimica e coautore dello studio. Facendo la media globale, riferisce, l’igroscopicità è κorg= 0,12 ± 0,02 per le quote di particelle organiche e κinorg = 0,63 ± 0,01 per gli ioni inorganici.
Effetto della nuova formula sulle previsioni climatiche
Per testare la nuova formula, i ricercatori hanno utilizzato il modello climatico globale dell’aerosol ECHAM-HAM. “Nel nostro studio abbiamo potuto dimostrare sulla base di esperimenti che in questo ambito è possibile formulare ipotesi semplificate senza causare grandi incertezze nei risultati del modello. Ciò significa che le indagini e le previsioni sul cambiamento climatico sono più affidabili”, afferma Mira Pöhlker in riepilogo. “Il nostro studio è stato reso possibile da campagne di misurazione con partner internazionali in un’ampia varietà di località in tutto il mondo, nonché da osservazioni a lungo termine in particolari stazioni di ricerca, come l’osservatorio ATTO nella foresta pluviale brasiliana”, riferisce Christopher Pöhlker dell’Istituto Max Planck di Chimica a Magonza.
Le interazioni degli aerosol atmosferici con la radiazione solare e le nuvole continuano a non essere adeguatamente comprese e rappresentano una delle maggiori incertezze nella descrizione del modello e nella previsione dei cambiamenti climatici. Uno dei motivi sono le numerose domande senza risposta sull’igroscopicità delle particelle di aerosol. A seconda delle dimensioni e della composizione chimica, minuscole particelle di aerosol possono contenere diverse quantità di acqua. Ciò è importante sia per la diffusione della radiazione solare da parte delle particelle di aerosol stesse, sia per la formazione di goccioline di nubi. Le particelle che trattengono più acqua disperdono più luce solare nell’universo e possono anche avere un effetto di raffreddamento attraverso la formazione di più goccioline di nuvole.
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