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Ghiaccio marino e aerosol polari: laboratori naturali per comprendere il clima globale
Articolo realizzato con la collaborazione di Manuel Dall’Osto, ricercatore esperto in scienze atmosferiche e processi di emissione di aerosol in ambienti marini e polari.
Artide e Antartide: due poli, due mondi diversi
Sebbene spesso citate insieme, Artide e Antartide sono sistemi profondamente diversi.
L’Artide è un oceano coperto da ghiaccio, circondato da terre emerse, con un ambiente relativamente più dinamico e una presenza biologica e umana significativa. L’Antartide, al contrario, è un continente roccioso ricoperto da una spessa calotta glaciale, il più freddo del pianeta, privo di popolazioni stabili e abitato esclusivamente da comunità scientifiche e pinguini.
Queste differenze strutturali portano a dinamiche aerosol-atmosfera nettamente distinte, come evidenziato da numerosi studi scientifici e dai più recenti rapporti IPCC. Tuttavia, nonostante le diversità, entrambe le regioni condividono un elemento cruciale: l’interazione tra ghiaccio, oceano e atmosfera.
Questi fenomeni, pur manifestandosi in modi differenti nei due poli, danno origine a processi fisici e biogeochimici fondamentali per la formazione degli aerosol marini e per il loro ruolo nel clima globale.
Quando il ghiaccio incontra l’atmosfera
Le regioni polari rappresentano uno dei laboratori naturali più complessi e affascinanti del pianeta. Qui, oceano, ghiaccio e atmosfera interagiscono continuamente, dando origine a processi fisici e biogeochimici che influenzano il clima globale molto più di quanto la loro estensione geografica potrebbe far immaginare.
In questo contesto, gli oceani polari producono notevoli quantità di aerosol marini – gocce liquide e frammenti di materiale solido sospesi nell’atmosfera – che modulano l’albedo terrestre e svolgono un ruolo cruciale nella regolazione del clima.
Perché gli aerosol marini sono così importanti?
L’atmosfera terrestre, coprendo la superficie del pianeta, svolge un ruolo cruciale nel rendere la Terra abitabile: filtra la radiazione ultravioletta e contribuisce al riscaldamento della superficie trattenendo parte del calore. Considerando che oltre due terzi di questa superficie è occupata dagli oceani, non sorprende che essi rappresentino una delle principali sorgenti di aerosol naturali.
Gli aerosol marini influenzano il clima in due modi principali:
- Direttamente, interagendo con la radiazione solare attraverso dispersione e assorbimento.
- Indirettamente, modificando le proprietà delle nuvole, agendo come nuclei di condensazione.
Nonostante la loro importanza, gli aerosol rimangono una delle maggiori fonti di incertezza nei modelli climatici, soprattutto per quanto riguarda il loro impatto sulle nuvole e sul bilancio radiativo del pianeta.
Nel sistema marino polare, il ghiaccio derivante dal congelamento dell’acqua salata costituisce uno dei più grandi biomi della Terra, coprendo circa il 7% degli oceani globali, con forti variazioni stagionali tra emisfero nord e sud. Questi ambienti ospitano una sorprendente attività biologica: alghe, batteri e virus adattati a condizioni estreme contribuiscono alla produzione di aerosol biogenici, che entrano nel ciclo atmosferico e influenzano la formazione delle nuvole.
Le dinamiche del ghiaccio marino rimangono difficili da riprodurre nei modelli climatici, e le previsioni indicano un drastico scioglimento entro i prossimi decenni. Proprio per questo, diventa fondamentale comprendere i processi biogeochimici marini su larga scala che avvengono vicino e attraverso l’interfaccia oceano-atmosfera, e studiarne l’evoluzione futura.
In particolare, analizzare le fonti, le trasformazioni e i pozzi di assorbimento degli aerosol polari – insieme ai loro legami con i processi chimici e biologici del ghiaccio marino e delle acque superficiali – permette di chiarire le interazioni e le retroazioni tra oceani polari e atmosfera. Queste informazioni sono essenziali non solo per comprendere il clima nelle regioni polari, ma anche per valutare gli effetti sulle dinamiche climatiche globali.
La generazione controllata di aerosol in laboratorio
Per studiare in modo riproducibile la produzione di aerosol marini e il loro ruolo nel clima polare, i ricercatori utilizzano camere di generazione di aerosol marini di ultima generazione (come mostrato nella foto a lato).
In questi sistemi, l’acqua di mare viene fatta circolare da una pompa peristaltica dalla base del serbatoio alla superficie, dove ricade come una pioggia artificiale.
Questo processo intrappola aria, genera bolle e, attraverso la loro esplosione e nebulizzazione, produce aerosol analoghi a quelli che si formano naturalmente in oceano.
Per caratterizzare la chimica marina che può contribuire alla formazione delle nuvole, tali aerosol vengono campionati con strumentazione TCR Tecora®, utilizzando impattori PM1, filtri in quarzo da 47 mm e pompe ad alta precisione.
In particolare, la pompa Bravo Duo consente un campionamento efficiente grazie ai due canali indipendenti, gestibili in parallelo o in serie, permettendo prelievi multipli con ingombro ridotto — un aspetto cruciale in contesti operativi complessi come i rompighiaccio.
Le aree polari, tra i più grandi e complessi ecosistemi della Terra, ospitano organismi estremamente adattati alle condizioni estreme. Il ghiaccio marino e il suo microbiota – tra cui alghe, batteri e virus – costituiscono una fonte importante di aerosol che alimentano la popolazione di nuclei di condensazione delle nuvole. Comprendere questi processi all’interfaccia aria-mare-ghiaccio è fondamentale per caratterizzare le retroazioni tra biosfera e clima, poiché gli aerosol influenzano la formazione e la luminosità delle nuvole, con effetti diretti sul bilancio energetico superficiale e sullo scioglimento dei ghiacci.
L’obiettivo della ricerca è chiarire l’influenza degli aerosol marini sul bilancio radiativo e sulla formazione delle gocce di nube, contribuendo a ridurre l’attuale incertezza sul forzante radiativo in un clima in rapido cambiamento.
TCR Tecora® sulle rotte polari del mondo
Questi processi di interazione tra moto ondoso, ghiaccio marino e formazione di aerosol sono stati al centro di importanti spedizioni scientifiche condotte negli ultimi anni.
Nel 2017, la nave di ricerca Korean Icebreaker Araon ha solcato le acque dell’Oceano Artico, seguita da ulteriori campagne nel 2020 a bordo del rompighiaccio tedesco Polarstern e del rompighiaccio russo Akademik Tryoshnikov.
In questi contesti estremi, la qualità e l’affidabilità della strumentazione sono un fattore critico.
Durante le campagne più recenti, sono state impiegate tre camere sperimentali equipaggiate con nove impattori — due Bravo Duo (quattro impattori) e cinque Bravo —dimostrando l’affidabilità della strumentazione TCR Tecora® anche in condizioni limite, con performance stabili per oltre due mesi di attività in ambienti polari estremi.
Negli ultimi anni, questa tecnologia è stata protagonista di diverse missioni polari internazionali:
- Rompighiaccio coreano Araon (2022 e 2023)
- Rompighiaccio spagnolo Hespérides (2019, 2020 e 2023)
- Rompighiaccio britannico RRS Sir David Attenborough (2024)
Sono inoltre già in fase di pianificazione almeno tre nuovi progetti di ricerca per il 2027 e 2028, che coinvolgeranno nuovamente il Sir David Attenborough, il Polarstern e il nuovo rompighiaccio giapponese Mirai II.
In totale, strumentazione TCR Tecora® è stata impiegata su cinque rompighiaccio di cinque Paesi diversi, a conferma di un riconoscimento internazionale costruito su affidabilità, precisione e adattabilità alle condizioni più estreme.
Verso una migliore comprensione del clima che cambia
Le regioni polari stanno cambiando rapidamente e amplificando gli effetti del riscaldamento globale. Studiare l’interazione tra oceano, ghiaccio, biologia e atmosfera non è solo una sfida scientifica, ma una necessità per migliorare la capacità predittiva dei modelli climatici.
Attraverso la collaborazione con istituti di ricerca internazionali e l’impiego di strumentazione progettata per garantire qualità del dato anche nelle condizioni più estreme, TCR Tecora® contribuisce in modo concreto alla riduzione delle incertezze sul forzante radiativo del clima e sul ruolo degli aerosol marini nella formazione delle nuvole.
Un impegno che guarda ai poli, ma con uno sguardo rivolto all’intero pianeta.
Per ulteriori dettagli sui metodi di campionamento degli aerosol polari e sulle missioni internazionali, clicca qui sotto:
