Lo jet stream della Terra aiuta a creare i semi delle nuvole

Gli scienziati hanno scoperto una nuova fonte per i semi delle nuvole. Quando lo strato stratosferico dell'atmosfera terrestre immerge un piede nella troposfera sottostante, la miscela chimica risultante diventa un ambiente fertile in cui possono formarsi minuscole nuove particelle, tra cui gli aerosol microscopici attorno ai quali le nuvole iniziano a fondersi. I dati raccolti da quattro voli di aerei della NASA in diverse regioni dell'emisfero settentrionale nel 2016 e nel 2017 hanno confermato che questo meccanismo, chiamato intrusione di aria stratosferica, non è solo una fonte di nuove particelle, ma potrebbe anche essere il luogo più produttivo per queste particelle sulla Terra, Jiaoshi Zhang, uno scienziato degli aerosol alla Washington University di St. Louis, e i suoi colleghi riportano nel numero del 12 luglio di Science. In precedenza, gli scienziati pensavano che la maggior parte della formazione di nuove particelle avvenisse in regioni dell'atmosfera in cui le nuvole fluttuano verso l'alto nella troposfera superiore e si dissipano. Quando le nuvole lì piovono, tutte le particelle esistenti vengono rimosse con l'acqua piovana. Ciò che resta in queste regioni di "deflusso di nubi" è una tabula rasa, fondamentalmente priva di particelle, in modo che le molecole gassose non abbiano nulla a cui aggrapparsi. Invece, creano nuove particelle.

Ma le osservazioni aeree suggeriscono che le intrusioni di aria stratosferica sono ancora più produttive quando si tratta di formazione di particelle. La turbolenza nell'atmosfera causata dal flusso a getto, una corrente d'aria in rapido movimento, può far sì che le dita di aria stratosferica si riducano e si arriccino nella troposfera sottostante.

I due strati atmosferici hanno composizioni chimiche molto diverse e dove queste masse d'aria si mescolano, generano fabbriche di particelle molto produttive, afferma il coautore dello studio Jian Wang, uno scienziato degli aerosol anche alla Washington University di St. Louis. La stratosfera è fredda e ricca di ozono, mentre la troposfera è più calda, più umida e contiene una varietà di molecole come l'anidride solforosa. Catalizzata dalla luce solare e dall'acqua, la reazione chimica di queste masse d'aria può generare una varietà di minuscole particelle, tra cui il solfato che insemina le nubi. Quali e quante particelle si formano esattamente a causa di queste intrusioni di aria stratosferica è un argomento di studio futuro, afferma Wang. "Non comprendiamo realmente i meccanismi in dettaglio. Sappiamo dai dati che... servono sole, alti livelli di ozono e umidità" per produrre molecole altamente reattive note come radicali OH (SN: 6/4/09). Tali molecole interagiscono avidamente con altri gas nell'atmosfera. Quindi probabilmente ci sono molte reazioni chimiche diverse in corso in queste regioni, che producono una varietà di nuove molecole e particelle. L'ondulazione del flusso a getto può portare a intrusioni di aria stratosferica (illustrata di seguito), in cui la stratosfera ricca di ozono (O3) si immerge nella troposfera ricca di acqua. La troposfera contiene anche una varietà di molecole gassose come l'anidride solforosa (SO2), emessa da combustibili fossili e vulcani. Le reazioni chimiche tra i due strati, catalizzate dalla luce solare e dal vapore acqueo, generano i precursori di particelle fini di aerosol, come l'acido solforico (H2SO4). Precedenti ricerche suggerivano che il meccanismo primario per la formazione di nuove particelle nell'atmosfera erano le regioni di "deflusso delle nubi", dove le nubi si disintegrano in alto nella troposfera.

Nonostante queste incertezze, l'analisi del team sulla frequenza e la produttività delle intrusioni di aria stratosferica, rispetto agli eventi di deflusso delle nubi, suggerisce che le intrusioni potrebbero essere una fonte maggiore di nuove particelle, in particolare nelle regioni di media latitudine della Terra. E si prevede che il cambiamento climatico intensificherà la circolazione stratosferica attorno alla Terra, il che a sua volta potrebbe aumentare la frequenza con cui la stratosfera penetra nella troposfera in futuro. Ciò suggerisce che questo meccanismo potrebbe diventare ancora più importante per la formazione di nuove particelle, afferma Wang.

Questi risultati evidenziano un'importante fonte di formazione di nuove particelle che è stata a lungo trascurata ma che risulta verificarsi "ubiquitariamente e frequentemente" nell'atmosfera, afferma Yuanlong Huang, un chimico degli aerosol atmosferici presso l'Eastern Institute for Advanced Study di Ningbo, in Cina, che non è stato coinvolto nel nuovo studio. "È un meccanismo non ancora incluso negli attuali modelli del sistema terrestre". E una fonte così grande e insospettata di nuove particelle, a sua volta, potrebbe significare che la generazione di queste particelle gioca un ruolo più importante nel modo in cui la radiazione solare in arrivo viene distribuita sulla Terra, inclusa la quantità che raggiunge la superficie del pianeta, rispetto a quella assorbita dagli aerosol e dalle nuvole in alto nell'atmosfera, di quanto gli scienziati pensassero in passato.