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Gli aerosol e il clima
Nella terza parte della serie di blog dedicata agli aerosol approfondiamo il loro legame con il clima. Il riscaldamento climatico è dovuto principalmente all’aumento dei gas a effetto serra nell’atmosfera. Gli aerosol sono tra le uniche componenti dell’atmosfera che hanno un effetto di riduzione delle temperature, tendendo in questo modo a ridurre il riscaldamento climatico.
Il forte inquinamento atmosferico all’inizio del XX secolo
Dall’inizio dell’era industriale alla metà del XX secolo la concentrazione di aerosol nell’aria aumentò nettamente a causa dell’utilizzo del carbone e della legna da ardere, come anche delle emissioni provocate dai processi industriali. Ciò fece sì che gli aerosol divennero un problema ricorrente di salute pubblica. Un esempio significativo fu l’episodio di smog invernale verificatosi nel dicembre 1952 a Londra, che causò oltre 4000 decessi. Le fotografie di questo evento mostrano una situazione analoga a quella che si riscontra oggi in alcune metropoli asiatiche molto inquinate. Nella seconda metà del XX secolo, con lo scopo di migliorare la qualità dell’aria e ridurre le malattie respiratorie, diversi paesi adottarono una nuova legislazione atta a contenere le emissioni di inquinanti atmosferici .
Gli effetti contrapposti dei gas a effetto serra e degli aerosol
La consapevolezza dell’influsso delle attività umane sul clima iniziò a manifestarsi verso la fine del 1800. Nel XX secolo si riconobbero due tendenze, fra loro contrastanti, dovute allo sviluppo tecnico-industriale della nostra società. Da un lato le emissioni di gas ad effetto serra provocano un riscaldamento su scala globale. Dall’altro l’aumento delle concentrazioni di aerosol contribuisce a diminuire le temperature (in questo senso gli esempi più significativi sono verosimilmente l’eruzione del vulcano Laki in Islanda nel 1783, l’eruzione del Tambora in Indonesia nel 1815 o quella del Krakatau nel 1883). Fin verso gli anni ’60 del secolo scorso, gli scienziati ancora non erano in grado di confermare in modo scientificamente robusto quale dei due fenomeni citati fosse più intenso: il riscaldamento dovuto alle emissioni di gas ad effetto serra oppure il raffreddamento dovuto agli aerosol? A partire dal 1975 emerse però in modo chiaro come, tranne per alcuni brevi intervalli dovuti ad intensa attività vulcanica (come le eruzioni dell’ El Chicon nel 1982 e del Pinatubo nel 1991), il riscaldamento provocato dai gas a effetto serra è nettamente superiore al raffreddamento causato dagli aerosol.
Gli effetti degli aerosol sul clima
Gli aerosol influenzano il clima in diversi modi. La loro presenza nell’atmosfera modifica il bilancio radiativo della Terra tramite due processi contrapposti: diffondendo e assorbendo la radiazione solare. La diffusione provocata dagli aerosol devia la radiazione solare in tutte le direzioni rinviandola così in parte verso lo spazio. Gli aerosol aumentano quindi il potere riflettente del pianeta e influiscono sulla temperatura dell’atmosfera diminuendola. Al contrario, però, l’assorbimento della radiazione solare da parte degli aerosol rende il pianeta più scuro e induce un riscaldamento dell’atmosfera. Questi due effetti sono conosciuti come interazioni tra aerosol e radiazione; essi dipendono fortemente dalla dimensione e dalla composizione chimica degli aerosol. Nel suo rapporto del 2013 il GIEC (Groupement International d’Etude du Climat) ha stimato che l’effetto raffreddante degli aerosol è di circa -0,35 W/m2 (con un’incertezza di +/- 0,5 W/m2). L’effetto riscaldante degli aerosol, tramite l’assorbimento della radiazione solare, è solo di circa il 10% di tale raffreddamento. Gli aerosol hanno dunque sostanzialmente un effetto raffreddante sul clima della Terra.
Gli aerosol sono però necessari per la formazione delle nuvole: la modifica del loro numero o della loro composizione chimica ha conseguenze sul potere riflettente delle nubi (albedo) e sulla loro durata di vita. Queste interazioni aerosol - nuvole sono molto più difficili da quantificare. Il rapporto del GIEC stima il loro impatto (-0.55 W/m2) a circa un quarto del riscaldamento globale con ancora un importante grado di incertezza.
Non bisogna dimenticare che il numero e la composizione chimica degli aerosol modifica anche la grandezza delle idrometeore (gocce di acqua, cristalli di ghiaccio o fiocchi di neve) e di conseguenza la distribuzione spaziale e l’intensità delle precipitazioni sull’intero pianeta.
L’ampiezza dei cambiamenti climatici dipenderà principalmente dalla concentrazione dei gas a effetto serra. Nei paesi occidentali le emissioni di aerosol sonoregolamentate sin dagli anni 1980, mentre nei paesi emergenti si stanno introducendo attualmente delle disposizioni a favore della qualità dell’aria. Diversamente dagli aerosol, che sono dannosi per la salute quando si trovano vicino al suolo (mentre hanno un effetto benefico sul clima soprattutto a quote elevate) e per i quali la consapevolezza della necessità di interventi di regolazione si è fatta strada rapidamente, i gas a effetto serra hanno un impatto diretto limitato sulla salute dell’uomo, e di conseguenza la limitazione delle loro emissioni tarda a essere regolamentata e messa in atto.
Le misurazioni degli aerosol nel mondo
Le misurazioni delle proprietà ottiche e della concentrazione degli aerosol a scopi meteorologici e climatici iniziarono negli anni 1980: le più lunghe serie di misurazioni risalgono pertanto a questo periodo. Esempi a questo proposito sono le misure della concentrazione di particelle al Polo Sud e a Samoa (Pacifico sud-occidentale), iniziate nel 1974; le misure delle proprietà ottiche degli aerosol negli Stati Uniti (Acadia National Park nel Maine, Bondville nell’Illinois, Great Smoky Mountain nel Tennessee e Mamouth Cave National Park in Kentucky), iniziate nel 1993; le misure delle proprietà ottiche degli aerosol in Europa (Jungfraujoch in Svizzera e Hohenpeissenberg in Germania), iniziate nel 1995; le misure della distribuzione degli aerosol in funzione delle loro dimensioni in Europa (Hyytiälä in Finlandia e Melpitz in Germania), iniziate nel 1996.
Attualmente si contano 22 stazioni globali con un programma completo di misura degli aerosol. Esse fanno parte del programma «Global Atmosphere Watch (GAW)» sostenuto dall’Organizzazione meteorologica mondiale (OMM). A ciò si aggiungono circa 300 stazioni regionali con un programma di misura più ridotto. Le stazioni di misura si concentrano principalmente nell’emisfero nord, mentre nei paesi emergenti esistono purtroppo solo poche stazioni.