I vetri rotti ci fanno capire meglio il cambiamento climatico

I vetri rotti potranno predire il futuro dei cambiamenti climatici, ma a leggere non sarà un mago o uno stregone, bensì i nostri scienziati. Uno studio apparso questa settimana in Proceedings of the National Academy of Sciences, infatti, ritiene che il processo di formazione delle microscopiche particelle di polvere dalla terra segua modelli simili ai cocci di vetro o di porcellana, quando cade un bicchiere o un piatto sul pavimento di casa. La ricerca, svolta da Jasper Kok del National Center for Atmospheric Research (NCAR) americano, suggerisce che ci sono molte più particelle di polvere nell’atmosfera di quanto si credesse, in quanto la terra che si sbriciola sembra produrre un numero inaspettatamente alto di frammenti di polvere di grandi dimensioni.

La scoperta ha implicazioni per comprendere i cambiamenti climatici futuri, perché la polvere gioca un ruolo significativo nel controllo della quantità di energia solare riflessa dall’atmosfera. A seconda delle loro dimensioni e di altre caratteristiche, alcune particelle di polvere riflettono l’energia solare e raffreddano il pianeta, mentre altre intrappolano l’energia e la trasformano in calore.

“Per quanto piccole possano essere, le particelle di polvere si comportano allo stesso modo di un bicchiere lasciato cadere sul pavimento di cucina,” dice Kok. “Conoscere questo schema ci può aiutare a mettere insieme un quadro più chiaro di come sarà il nostro clima futuro.”

Lo studio può inoltre migliorare la precisione delle previsioni meteorologiche, soprattutto nelle regioni soggette a creazione di polvere. Queste particelle influenzano nubi e precipitazioni, così come le temperature.

La ricerca si è concentrata su un tipo di particelle trasportate dall’aria conosciuta come polvere minerale. Queste particelle sono generalmente emesse quando i granelli di sabbia colpiscono il suolo, mandando in frantumi il terreno e inviando frammenti in aria. I frammenti possono avere una dimensione fino a 50 micron, circa lo spessore di un capello umano.

Le particelle più piccole, che sono classificate come argilla e hanno mediamente 2 micron di diametro, restano nell’atmosfera per circa una settimana, girando gran parte del globo ed esercitando il loro potere di raffreddamento, riflettendo i raggi solari nello spazio. Le particelle più grandi, classificate come limo, ricadono al suolo dopo pochi giorni. Più grande è la particella, più tenderà ad avere un effetto di riscaldamento sul clima.

La ricerca indica che il rapporto tra particelle grandi e piccole è 2-8 volte superiore a quella rappresentata nei modelli climatici.

Dal momento che gli scienziati del clima cercano di calibrare attentamente i modelli per simulare il numero effettivo delle particelle più piccole in atmosfera, la ricerca suggerisce che i modelli probabilmente sbagliano quando si tratta di stimare il numero di particelle più grandi. La maggior parte di queste particelle viaggiano in atmosfera per circa 1.500 km nelle regioni desertiche, quindi regolare la loro quantità nei modelli climatici dovrebbe generare migliori proiezioni future sul clima nelle regioni desertiche, come il sud-ovest degli Stati Uniti e il nord Africa.

Ulteriori ricerche saranno necessarie per determinare se le temperature future in queste regioni aumenteranno più o meno di quanto attualmente indicato dai modelli computerizzati.

I risultati dello studio inoltre suggeriscono che gli ecosistemi marini, che assorbono l’anifride carbonica dall’atmosfera, possono beneficiare del ferro contenuto nelle particelle presenti nell’atmosfera più di quanto precedentemente stimato. Il ferro migliora l’attività biologica, aiutando la catena alimentaredegli oceani, comprese le specie vegetali, che assorbono carbonio durante la fotosintesi.

Oltre ad influenzare la quantità di calore solare nell’atmosfera, le particelle di polveresi depositano anche sui depositi di neve e ghiaccio in montagna, dove assorbono il calore e accelerano la fusione dei depositi di acqua dolce.

Vetro e polvere: un modello comune

I fisici sanno da tempo che alcuni oggetti fragili, come il vetro o pietre, o anche i nuclei atomici, seguono degli schemi di frattura prevedibili. I frammenti risultanti seguono una certa gamma di dimensioni, con una prevedibile distribuzione di pezzi di piccole, medie e grandi dimensioni. Gli scienziati si riferiscono a questo tipo di modello come invarianza di scala o di auto-similarità.

I fisici hanno elaborato formule matematiche per questo processo, in cui le fessure si propagano in maniera prevedibile durante la rottura di un oggetto fragile. Kok ha teorizzato che sarebbe possibile utilizzare queste formule per stimare l’intervallo di dimensioni delle particelle di polvere. Per questo, ha utilizzato uno studio  del 1983 fatto da Guillaume d’Almeida e Lothar Schueth presso l’Istituto di Meteorologia presso l’Università di Mainz in Germania, che hanno misurato la distribuzione delle dimensioni delle particelle di terreno arido.

Applicando le formule dei modelli di frattura di oggetti fragili per misurare queste perticelle, Kok ha determinato la distribuzione delle dimensioni delle particelle di polvere emessa. Con sua grande sorpresa, le formule descrivevano le dimensioni delle particelle di polvere quasi esattamente.

“L’idea che tutti gli oggetti si rompono nello stesso modo è una bella cosa, in realtà,” conclude Kok. “E’ il modo in cui la natura crea ordine nel caos”.

Ora la scoperta verrà utilizzata per calcolare con più precisione la quantità di polvere in atmosfera e come queste particelle invisivili agiscono nel riscaldamento o nel raffreddamento dell’atmosfera.