Scienza

Clima: le previsioni in una carota di ghiaccio

Un nuovo metodo di analisi delle particelle intrappolate nei ghiacci dell'Antartide permette di interpretare l'influenza delle polveri sul clima globale.

Grazie a una innovativa tecnica di misurazione e a una carota di ghiaccio - estratta negli Anni '70 dalle profondità dell'Antartide orientale e mai studiata finora - un gruppo di ricercatori di Milano ha potuto definire le proprietà delle microparticelle delle polveri minerali intrappolate negli strati di ghiaccio, ricavandone informazioni sul loro impatto sul clima del pianeta.

Allo studio (Shape and size constraints on dust optical properties from the Dome C ice core, Antarctica) hanno lavorato, tra gli altri, Valter Maggi e Barbara Delmonte (Università di Milano-Bicocca) e Marco Potenza (Università degli Studi di Milano), primo firmatario della ricerca, che ha anche sviluppato la tecnologia utilizzata per l'indagine: la SPES (Single Particle Extinction and Scattering), che ha consentito di analizzare migliaia di microparticelle in pochi minuti.

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Carote di ghiaccio: alcuni segmenti pronti per essere analizzati. © Ji-Woong Yang

Un chilometro di ghiaccio. I segmenti della carota di ghiaccio, complessivamente lunghi circa 950 metri, sono custoditi all'EuroCold Lab della Bicocca, dove si possono raggiungere temperature fino a -50 °C. Gli studiosi ne hanno analizzato numerosi spezzoni dalla lunghezza di mezzo metro e dal diametro di 10 centimetri, sezionandoli per ottenere campioni di pochi grammi. Le particelle, infatti, vengono conservate negli strati di ghiaccio che, depositati anno dopo anno, raccontano la storia di ciò che si trovava nell'atmosfera nei millenni passati.

Questo ha permesso di ricostruire il modo in cui le polveri minerali naturali hanno influenzato il clima del pianeta prima che gli esseri umani, con l'industrializzazione, lo modificassero loro stessi. In particolare, la tecnica SPES è stata applicata per caratterizzare la forma delle particelle intrappolate nel ghiaccio, che finora nei lavori scientifici erano considerate, per semplicità, sferiche. Dopo oltre due anni di lavoro per mettere a punto le tecniche di indagine, anche attraverso accurate simulazioni, i ricercatori hanno quindi ricavato le proprietà ottiche di centinaia di migliaia di particelle in diversi periodi climatici che coprono gli ultimi 25 mila anni.

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Rara immagine di una particella dalla forma sferica sovrapposta ad un’altra dal contorno decisamente irregolare: l’immagine evidenzia visivamente gli ampi margini di incertezza, dovuti all’approssimazione sferica, riscontrati nei precedenti studi. © Barbara Delmonte

Argille piatte. «La determinazione della forma delle particelle ha mostrato una prevalenza di particelle appiattite, in accordo con il fatto che le polveri sospese nell'atmosfera sono prevalentemente argille originate dal suolo, che hanno per l'appunto una forma piatta», spiega Marco Potenza, «oltre a particelle allungate, come aghi microscopici», anche queste attese.

La forma delle polveri è essenziale per calcolare la quantità di radiazione solare che arriva al suolo, attraversando l'atmosfera e quindi anche la sospensione di polveri, proprio come avviene oggi con le famose poveri sottili che rendono il Sole più fioco quando sono abbondanti.

«L'effetto della forma è notevole: rispetto alla precedente approssimazione sferica, assegnare alle particelle le forme misurate in questo studio ha portato a evidenziare variazioni fino al 30%: i modelli utilizzati mostrano che si ha una riduzione della trasmissione di radiazione solare al suolo, quindi meno luce. Come se la polvere non sferica fosse più efficace nel diffondere la luce solare», continua Potenza. La valutazione dell'effetto sul clima, se fosse cioè più o meno freddo, richiede tuttavia l'utilizzo di modelli che tengano conto della variazione di assorbimento e della quantità di luce riemessa verso o spazio, quantità che non possono essere valutate se non con modelli più complessi che, avendo ridotto l'incertezza sulla diffusione, porteranno a risultati più precisi.

Vita in Antartide: base Concordia.

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Varietà delle forme e delle dimensioni delle particelle: la scala è di pochi micrometri. © Barbara Delmonte

L'effetto delle polveri. «Non siamo i primi a dire che la forma di queste particelle è importante», concordano i ricercatori, «ma siamo i primi a misurarla direttamente nelle polveri "fossili" e a valutare il loro impatto sul clima. Le polveri tendono ad avere un effetto di raffreddamento anziché di riscaldamento e, se riusciamo a capire meglio il loro ruolo nell'evoluzione del clima del passato, potremo prevedere con maggior precisione i cambiamenti nel futuro.»

Nel 2013 l'IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) aveva messo in evidenza che uno dei fattori di maggiore incertezza nella stima dell'effetto delle polveri sul clima - al di là della loro variabilità spazio-temporale - fosse dato dalle proprietà ottiche delle particelle sospese in aria. Queste ultime sono legate alle dimensioni, alla forma, alla rugosità superficiale e alla mineralogia delle microparticelle stesse. Fino a ora, solo le dimensioni erano conosciute, mentre la loro forma era genericamente accostata a quella sferica.

La storia nel ghiaccio. Le carote di ghiaccio estratte in Antartide contengono la più lunga e continua documentazione delle variazioni atmosferiche avvenute nel recente passato geologico. Grazie a queste perforazioni oggi sappiamo che negli ultimi 800 mila anni la temperatura della Terra è ciclicamente variata, oscillando tra condizioni glaciali più fredde e fasi interglaciali più calde. Nell'ultimo massimo glaciale, culminato 21 mila anni, fa quando l'anidride carbonica era ai livelli minimi, il carico di polveri nell'atmosfera era notevolmente superiore a quello attuale: in Antartide il flusso di deposizione delle polveri era circa 30 volte più alto rispetto all'odierno periodo interglaciale, l'Olocene.

5 luglio 2016 Gianluca Ranzini
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