Parte I - Gli aerosol: una componente atmosferica poco conosciuta

24 luglio 2019, 5 Commenti

Gli aerosol rivestono un ruolo fondamentale in climatologia. Essendo una delle principali componenti dell’inquinamento atmosferico, possono portare a conseguenze importanti per la nostra salute. Nel corso delle prossime settimane pubblicheremo una serie informativa di cinque articoli dedicata alle caratteristiche degli aerosol, alle loro interazioni con le nuvole e ai loro effetti sul clima e sulla salute. Inoltre vi faremo scoprire come MeteoSvizzera misura queste microscopiche particelle e quali sono in generale le nostre attività in questo ambito. Nel primo articolo scoprirete cosa sono gli aerosol, da dove arrivano e cosa hanno a che fare con il colore del cielo al tramonto.

Anche ciò che esce dalle bombolette spray è una specie di aerosol - (fonte: https://aerosolteam23.weebly.com/generation.html).
Anche ciò che esce dalle bombolette spray è una specie di aerosol - (fonte: https://aerosolteam23.weebly.com/generation.html).

Una confusione storica da evitare

Gli aerosol sono particelle liquide o solide sospese nell’aria. Gli aerosol sono denominati anche polveri fini o PM (abbreviazione dell’inglese “particulate matter”) e sono classificati in base alla loro dimensione: le particelle con un diametro inferiore a 1, 2,5 e 10 micrometri sono chiamate rispettivamente PM1, PM2.5 e PM10. Nelle scienze ambientali è prassi escludere le idrometeore – ad esempio le nubi, la pioggia e la neve – dalla categoria degli aerosol in quanto componenti dell’atmosfera a pieno titolo.

Alcuni ricorderanno forse il periodo in cui si raccomandava di non utilizzare le bombole spray poiché colpevoli di causare l’assottigliamento dello strato di ozono (buco nell’ozono). Le bombole spray consentono di vaporizzare un liquido in gocce microscopiche (gli aerosol) grazie all’effetto di un gas propulsore. Responsabile per la distruzione dello strato di ozono non erano però gli aerosol stessi, bensì il gas propulsore utilizzato nelle bombolette. Prima dell’entrata in vigore del Protocollo di Montreal (1987) la maggior parte dei gas propulsori erano costituiti da clorofluorocarburi (CFC), una categoria di gas molto pratici perché ininfiammabili, inodori e chimicamente stabili, ma dannosi per lo strato di ozono. Quando la comunità scientifica capì l’impatto dei clorofluorocarburi, il loro uso venne proibito in tutto il mondo, Svizzera compresa. Questi gas nocivi per lo strato di ozono sono oggi dunque vietati e sono stati sostituiti con altri gas quali l’etere dietilico, il butano o il propano.  Il primo però ha un impatto non trascurabile quale gas ad effetto serra.

L’effetto dannoso degli aerosol sullo strato di ozono è dunque uno sbaglio storico: nelle bombole spray non erano gli aerosol ad assottigliare lo strato di ozono, bensì i gas propulsori. Prossimamente un articolo di questa serie di blog fornirà informazioni sulle implicazioni degli aerosol in relazione al riscaldamento climatico. Nel frattempo, andiamo a conoscere più da vicino queste polveri fini.

Le fonti degli aerosol

Gli aerosol provengono da diverse fonti, sia naturali che antropiche (ossia prodotti dalle attività umane). Gli aerosol generati dai processi di combustione (motori a combustione, bruciatori degli impianti di riscaldamento, industria, incendi di boschi, eruzioni vulcaniche, ecc.) sono in generale molto piccoli e costituiti da agglomerati di fuliggine. Essi non hanno quindi una forma sferica, ma una geometria piuttosto complessa. Le polveri minerali, come ad esempio le sabbie del Sahara, e gli aerosol marini di forma cubica fanno parte degli aerosol più grandi, mentre i pollini, nel contesto delle polveri fini, possono essere considerati come giganteschi (10-200 micrometri, ossia da alcuni centesimi a qualche decimo di millimetro).

Gli scarti vegetali, la sospensione delle polveri prodotte dai lavori agricoli, come pure l’abrasione meccanica degli pneumatici delle automobili o delle ruote dei treni costituiscono altre fonti di aerosol. In occasione di eruzioni vulcaniche nell’atmosfera sono immesse notevoli quantità di cenere, a volte fino ad alta quota. Tutti questi aerosol sono detti “primari” poiché sono immessi nell’atmosfera direttamente sotto forma di particelle.

Gli aerosol detti “secondari” sono invece formati nell’atmosfera attraverso la condensazione di particelle gassose da vapori di origine naturale o antropica. I gas principali che permettono questo passaggio di stato sono gli ossidi di zolfo (SO2, SOx, ecc.) e gli ossidi di azoto (NOy). Di recente dei ricercatori hanno scoperto che nuove particelle possono essere create in modo efficace anche a partire dai vapori organici (Kirkby et al. Nature, 2016)

Visione ingrandita: Alcune immagini di aerosol al microscopio elettronico (fonte: http://alg.umbc.edu/usaq/archives/001044.html and Dr. Kelly BeruBe, Cardiff School of Biosciences (http://bxhorn.com/aerosols-and-solar-extinction/))
Alcune immagini di aerosol al microscopio elettronico (fonte: http://alg.umbc.edu/usaq/archives/001044.html and Dr. Kelly BeruBe, Cardiff School of Biosciences (http://bxhorn.com/aerosols-and-solar-extinction/))

La durata di vita degli aerosol

La durata di vita di una particella è il tempo che passa nell’atmosfera. Quella degli aerosol è relativamente corta, da qualche ora a qualche settimana, ciò che ne spiega la ripartizione spaziale eterogenea. Le particelle più fini hanno una durata di vita corta perché si trasformano rapidamente in particelle più grandi a seguito di processi di coagulazione, condensazione o reazioni chimiche. Le particelle più grandi sono in generale eliminate in pochi giorni per sedimentazione e si depositano in prossimità del luogo in cui sono state emesse.

Sono quindi le particelle con una dimensione intermedia, tra 0,1 e 2,5 micrometri, a rimanere più a lungo sospese nell’atmosfera. Le precipitazioni, soprattutto le prolungate piogge fini e regolari, costituiscono il mezzo più sicuro per rimuovere gli aerosol dall’atmosfera. Le polveri minerali provenienti dai deserti, le ceneri vulcaniche o la fuliggine degli incendi di boschi raggiungono talvolta gli strati più alti della troposfera e possono viaggiare attorno al mondo intero per diversi giorni o addirittura per settimane.

Ogni anno sullo Jungfraujoch MeteoSvizzera misura da 100 a 800 ore con polveri sahariane. Un evento eccezionale si è verificato nel luglio del 2017, quando incendi di boschi particolarmente vasti in Canada hanno rilasciato ingenti quantità di fuliggine nella troposfera, che hanno raggiunto l’altitudine di 15-17 chilometri e sono state trasportate poi dalle correnti in quota fino in Europa, come illustrato dell’immagine sottostante.

La bellezza dei tramonti

Gli aerosol sono anche all’origine di suggestivi tramonti. All’alba e al crepuscolo i raggi di sole percorrono uno spessore atmosferico più importante. La radiazione luminosa a corta lunghezza d’onda, vale a dire le tonalità verso il blu, sono maggiormente deviate e quello che riesce a raggiungere i nostri occhi è luce solare con una predominanza di componenti tendenti al rosso. La colorazione rosso-arancione del cielo è dunque favorita dalle numerose riflessioni dei raggi luminosi sugli aerosol contenuti nell’atmosfera. Gli eventi di polveri sahariane aumentano pertanto il numero di aerosol e accrescono l’ampiezza dei tramonti e l’intensità dei loro colori, come accaduto alla fine di agosto del 2017! Al contrario quando il Sole è al suo zenith, lo strato di atmosfera attraversato dalle radiazioni solari è sottile e il ridotto numero di collisioni tra i raggi luminosi e gli aerosol favorisce la predominanza della colorazione blu.

Visione ingrandita: Il tramonto visto dal Lago della Sihl il 28 agosto 2017 (Foto: D. Gerstgasser).
Il tramonto visto dal Lago della Sihl il 28 agosto 2017 (Foto: D. Gerstgasser).

Commenti (5)

  1. luka, 8.08.2019, 13:12

    Credo sostenzialmente che gli effetti spray "terrestri" siano una percentuale irrisoria,rispetto agli spray dei turbofan dei Boeing ....ricordimoci i migliaia di aerei che sorvolano i nostri cieli ogni gorno....

  2. Dario, 31.07.2019, 22:34

    L'inquinamento della pianura padana infatti fornisce spesso bellissimi tramonti :D

  3. Chiara, 25.07.2019, 21:25

    Il buco nello strato di ozono non è chiuso ma è parecchio ridotto. Quando si attuano comportamenti virtuosi, i risultati ci sono!

  4. Romy, 25.07.2019, 09:49

    "Alcuni ricorderanno forse il periodo in cui si raccomandava di non utilizzare le bombole spray poiché colpevoli di causare l’assottigliamento dello strato di ozono (buco nell’ozono)."
    Eccome che me lo ricordo! adesso nessuno ne parla più... come sta?
    Ma non si può usare semplicemente dell'aria compressa per gli spray?

    1. team MeteoSvizzera, 25.07.2019, 09:58

      Già da molti anni non si usano più i CFC come gas propulsori, proprio per questo motivo, perciò la cosa è risolta.