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Influsso degli aerosol sul clima

Gli aerosol, chiamati anche polveri fini o PM (dall’inglese “particulate matter”) sono microscopiche particelle di sostanze liquide o solide, la cui dimensione varia da qualche nanometro a diverse centinaia di micrometri. Le concentrazioni di aerosol variano molto nello spazio e nel tempo. Queste particelle hanno tendenzialmente un effetto raffreddante sul clima in quanto riflettono nello spazio parte della radiazione solare incidente. Inoltre, gli aerosol entrano pure in gioco nei processi che portano alla formazione delle nuvole. Per questi motivi assumono un ruolo importante nell’ambito della ricerca sul clima.

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Gli aerosol sono particelle solide o liquide presenti nell’aria. Si formano attraverso processi naturali (erosione del suolo, sale marino, incendi di boschi, eruzioni vulcaniche) o sono di origine antropica (combustione di petrolio, carbone, gas naturale o legna, agricoltura, traffico e altro). Benché possano avere conseguenze negative per la salute dell’uomo, gli aerosol svolgono un ruolo importante per il clima. Infatti, essi sono gli unici componenti della nostra atmosfera ad avere un effetto raffreddante sul clima in quanto, a dipendenza della composizione chimica delle particelle, gli aerosol riflettono parte della radiazione solare incidente verso lo spazio, contribuendo in questo modo a ridurre la temperatura dell’aria. D’altra parte, gli aerosol sono necessari per la formazione delle nuvole. Svolgono il ruolo di cosiddetti “nuclei di condensazione”: se l’aria è satura di vapore acqueo, quest’ultimo condensa sulla superficie degli aerosol formando in tal modo le goccioline che compongono la nuvola. All’interno della nuvola, se il processo di condensazione continua, le goccioline crescono sempre più fino a formare delle gocce di pioggia. Maggiore è il numero di aerosol e maggiore sarà il numero di goccioline che si formano, anche se saranno di dimensioni inferiori. Il risultato è, da un lato, che vista dall’alto la nuvola risulta più chiara; infatti essa riflette più luce aumentando l’effetto raffreddante sul clima. D’altra parte è possibile che la formazione di precipitazioni venga inibita poiché le goccioline, essendo più piccole, rimangono più facilmente in sospensione nell’aria.

Benché vi siano ancora degli aspetti da chiarire, la comunità scientifica si trova d’accordo in merito al ruolo raffreddante degli aerosol sul clima della Terra, che contribuisce a ridurre il riscaldamento globale provocato dai gas ad effetto serra. Va però considerato come gli aerosol abbiamo una durata di vita media nell’atmosfera molto breve, al massimo qualche settimana, mentre i gas ad effetto serra possono rimanere presenti nell’atmosfera molto più a lungo, anche per migliaia di anni.

Monitoraggio degli aerosol

In Svizzera il monitoraggio degli aerosol per scopi climatici è effettuato sullo Jungfraujoch, alla quota di 3580 m, nell’ambito del programma internazionale Global Atmosphere Watch (GAW), promosso dall’Organizzazione meteorologica mondiale (OMM). La misurazione degli aerosol sul Jungfraujoch, effettuata sotto la responsabilità del Paul Scherrer Institute (PSI), costituisce una delle serie temporali più complete e lunghe al mondo. Considerata la quota dello Jungfraujoch, la stazione di misura si trova nella parte della troposfera denominata “troposfera libera”. La troposfera è lo strato dell’atmosfera in cui avvengono la maggior parte dei fenomeni meteorologici e si estende fin verso 10 – 15 km di quota. Essa si suddivide nello strato limite – lo strato più basso dell’atmosfera, alimentato regolarmente dagli aerosol provenienti dai processi naturali e dalle attività umane – e nella troposfera libera. Quest’ultima è, per così dire, staccata dallo strato limite. Gli aerosol sono trasportati verticalmente fino a raggiungere la troposfera libera. Perciò la concentrazione degli aerosol sullo Jungfraujoch è tipicamente inferiore rispetto a quella che si misura nelle zone abitate, situate nello strato limite terrestre, in cui gli aerosol tendono ad accumularsi.

La stazione di misura dello Jungfraujoch si trova distante da specifiche sorgenti di inquinamento. Per tutti i parametri degli aerosol misurati, si nota un andamento caratteristico nel corso dell’anno. Ciò è dovuto al trasporto verticale estivo dell’aria carica di aerosol dallo strato limite verso le montagne e la troposfera libera. In estate l’aria dello strato limite si riscalda durante le giornate calde e soleggiate e, essendo meno densa, sale di quota raggiungendo anche quote elevate.

L’analisi dell’andamento negli ultimi 10 – 15 anni dei coefficienti di diffusione, d’assorbimento e della concentrazione degli aerosol (Collaud Coen et al., 2020, Asmi et al., 2013) ha messo in evidenza una netta diminuzione della concentrazione di aerosol in praticamente tutte le stazioni di misura mondiali. L’albedo di diffusione semplice è il parametro più importante per caratterizzare l’effetto degli aerosol sul clima.  Il suo aumento tra il 2009 e il 2018 in particolare nell’Europa orientale, nell’Artico e in Asia, significa una maggiore capacità degli aerosol di contrastare il riscaldamento globale. Nell’America del nord e nell’Europa centro-occidentale le norme anti-inquinamento, volute per migliorare la qualità dell’aria, hanno come effetto collaterale quello di diminuire il contributo raffreddante degli aerosol sul clima. Una società decarbonizzata è la soluzione ottimale sia per la salute pubblica, sia per il clima.

Collaud Coen, M. et al.: Multidecadal trend analysis of in situ aerosol radiative properties around the world, Atmos. Chem. Phys., 20, 8867–8908, 2020. Multidecadal trend analysis of in situ aerosol radiative properties around the world”: https://doi.org/10.5194/acp-20-8867-2020

Asmi, A.; Collaud Coen, M.; Ogren, J. A.; Andrews, E.; Sheridan, P.; Jefferson, A.; Weingartner, E.; Baltensperger, U.; Bukowiecki, N.; Lihavainen, H.; Kivekäs, N.; Asmi, E.; Aalto, P. P.; Kulmala, M.; Wiedensohler, A.; Birmili, W.; Hamed, A.; O'Dowd, C.; G Jennings, S.; Weller, R.; Flentje, H.; Fjaeraa, A. M.; Fiebig, M.; Myhre, C. L.; Hallar, A. G.; Swietlicki, E.; Kristensson, A. and Laj, P. Aerosol decadal trends: Part 2: In-situ aerosol particle number concentrations at GAW and ACTRIS stations Atmos. Chem. Phys., 2013, 13, 895-916

Collaud Coen, M., Weingartner, E., Furger, M., Nyeki, S., Prévôt, A.S.H., Steinbacher, M., and Baltensperger, U.: Aerosol climatology and planetary boundary influence at the Jungfraujoch analyzed by synoptic weather types, Atmos. Chem. Phys., 11, 5931-5944, 2011.

Collaud Coen, M., Weingartner, E., Apituley, A., Ceburnis, D., Fierz-Schmidhauser, R., Flentje, H., Henzing, J. S., Jennings, S. G., Moerman, M., Petzold, A. and others: Minimizing light absorption measurement artifacts of the Aethalometer: evaluation of five correction algorithms, Atmos. Meas. Tech., 3, 457-474, 2010.

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