Ascensore tropicale per gli inquinanti

Un team internazionale di ricercatori guidato a Potsdam, da Markus Rex dell'Istituto Alfred Wegener, ha scoperto un fenomeno atmosferico precedentemente sconosciuto sui mari del sud. Nella zona  tropicale del Pacifico occidentale c'è un foro invisibile naturale si estende su diverse migliaia di chilometri, in uno strato che impedisce il trasporto della maggior parte delle sostanze naturali e prodotte dall’uomo nella stratosfera in virtù della sua composizione chimica. Come in un ascensore gigante, molti composti chimici emessi a terra passano quindi filtrati attraverso questo cosiddetto "strato detersivo" dell'atmosfera. Gli scienziati lo chiamano "OH scudo". Il fenomeno appena scoperto, in corso nei mari del sud, aumenta la riduzione dell'ozono nelle regioni polari e potrebbe avere significative influenze sul futuro del clima nella Terra - anche a causa del crescente inquinamento atmosferico nel Sud Est Asiatico.

In un primo momento Markus Rex  aveva sospettato di una serie di misure difettose. Nell'ottobre 2009 il fisico atmosferico dell’ Alfred Wegener Institute, centro Helmholtz per la ricerca polare e marina (AWI) era a bordo della nave da ricerca tedesca "Sonne" per misurare le sostanze in tracce nell'atmosfera tropicale del Pacifico occidentale. Provato e testato mille volte, le sonde di ozono inviate nel cielo tropicale con un palloncino di ricerca ogni 400 km non segnalavano niente. O, per essere più precisi: quasi nulla. Le concentrazioni di ozono nelle sue misure sono rimaste quasi costantemente al di sotto del limite di rilevabilità di ca. 10 ppb (una parte di ozono per miliardo in volume (ppbv) significa che c'è una molecola di ozono per ogni miliardo di molecole d'aria.)in tutta la gamma verticale dalla superficie della Terra  e sino ad un'altitudine di circa 15 chilometri. Normalmente le concentrazioni di ozono in questa parte di atmosfera sono da tre a dieci volte superiore. 

Anche se valori bassi ad un'altitudine di circa 15 chilometri erano noti da precedenti misurazioni nella zona periferica dell’area tropicale nel Pacifico occidentale, la completa assenza di ozono a tutte le altezze era sorprendente. Tuttavia, dopo i dubbi e vari test degli strumenti, lo specialista a livello mondiale sull’ozono,universalmente riconosciuto, disse che poteva essere un fenomeno ancora sconosciuto alla scienza. Pochi anni di ricerca più tardi e dopo il coinvolgimento di altri colleghi è arrivata la conferma: Markus Rex e il suo team a bordo del "Sonne"  rintracciarono un buco naturale gigantesco oltre le fasce tropicali Mari del Sud, situato in uno speciale strato della bassa atmosfera noto come lo "scudo OH."                                                                                                         "Anche se il cielo sembra essere uno spazio ampiamente uniforme – cosi Markus Rex spiega la complessa composizione dell'atmosfera- per molte persone, è composto chimicamente e fisicamente da strati molto diversi ". Gli strati d'aria vicino al suolo contengono centinaia o addirittura migliaia di composti chimici. Questo è il motivo per cui nelle fasi invernali e primaverili, le montagne e il mare, la città e le foreste hanno tutte un odore diverso. La grande maggioranza di queste sostanze sono suddivise in composti solubili in acqua nei chilometri più bassi dell'atmosfera e vengono successivamente lavati dalla pioggia. Poiché questi processi richiedono la presenza di una certa sostanza chimica, il cosiddetto ossidrile (OH =) radicale, questa parte dell'atmosfera è chiamata "OH scudo". Esso agisce come un enorme lavatrice atmosferica in cui OH è il detergente. Lo scudo OH è parte della troposfera, come è chiamata la parte inferiore dell'atmosfera.                                                                                                                                                "Solo pochi composti, estremamente longevi riescono a farsi strada attraverso lo scudo OH,- dice Rex -, quindi attraversano la tropopausa e entrano nella stratosfera." La tropopausa è lo strato limite tra la troposfera e il successivo strato atmosferico sopra di esso, cioè la stratosfera. In particolare le sostanze che entrano nella stratosfera dispiegano un impatto globale. La ragione di questo è che una volta che hanno raggiunto la stratosfera, i loro prodotti di degradazione rimangono lì per molti anni e vengono distribuiti su tutto il globo.

Composti chimici estremamente longevi trovano la loro strada nella stratosfera, anche se lo scudo OH è intatto. Includono il metano, il protossido di azoto ("gas esilarante"), halon, bromuro di metile e clorofluorocarburi (CFC),  noti come "killer dell'ozono" perché svolgono un ruolo importante nella riduzione dell'ozono nelle regioni polari.

Dopo molti anni di ricerca gli scienziati hanno capito molto bene il complicato processo di riduzione dell'ozono stratosferico. "I tassi di riduzione dell'ozono tuttavia misurati –cosi Markus Rex ha sottolineato un problema a lungo irrisolto della ricerca atmosferica- erano spesso un po' più grandi di quanto teoricamente calcolato nei nostri modelli. Attraverso la scoperta del buco OH sulla fascia tropicale del Pacifico occidentale ora abbiamo probabilmente dato un contributo alla soluzione di questo complicato puzzle." E allo stesso tempo è stato scoperto un fenomeno che pone una serie di nuove domande per la politica sul clima. I ricercatori stanno ora affrontano queste domande in un nuovo progetto di ricerca finanziato dall'UE con circa 9 milioni di euro, vale a dire "StratoClim", coordinato dal l'Istituto Alfred Wegener. Nell'ambito di questo progetto sarà istituito una nuova stazione di monitoraggio nella fascia tropicale del Pacifico Occidentale,  d’accordo con l'Istituto di Fisica Ambientale presso l'Università di Brema.

"Dobbiamo renderci conto,- ricorda il fisico atmosferico di Potsdam -, come i composti chimici che entrano nella stratosfera hanno sempre un impatto globale."                                                                        Grazie al foro OH che i ricercatori hanno scoperto sul Pacifico tropicale, una maggiore quantità di idrocarburi bromurati possono raggiungere la stratosfera anche in altre parti del mondo. Anche se la loro ascesa avviene tramite la regione tropicale del Pacifico occidentale, questi composti amplificano la  riduzione dell'ozono nelle regioni polari. Dal momento che gli scienziati hanno identificato questo fenomeno, ne hanno tenuto conto nella modellazione di riduzione dell'ozono stratosferico, i loro modelli corrispondevano ottimamente con i dati effettivamente misurati.

Tuttavia, non solo gli idrocarburi bromurati  entrano nella stratosfera al di sopra della regione tropicale del Pacifico occidentale.                                                                                                    "Si può immaginare questa regione -afferma Markus Rex utilizzando un confronto- come un elevatore gigante (ascensore) alla stratosfera. Altre sostanze, anche qui aumentano in misura ancora sconosciuta mentre sono intercettati in misura maggiore nello scudo OH altrove sul globo. Un esempio è il biossido di zolfo, che ha un impatto significativo sul clima.

Particelle di zolfo nella stratosfera riflettono la luce solare e quindi agiscono antagonisticamente ai gas serra atmosferici come CO ₂ , che cattura il calore del sole sulla Terra. Per dirla semplicemente, mentre i gas serra nell'atmosfera riscaldano il mondo, particelle di zolfo nella stratosfera hanno un effetto di raffreddamento.                                                                                                                                    "Il sud Est dell’ Asia si sta sviluppando rapidamente in termini economici, -spiega Markus Rex -un problema al quale viene dato poca attenzione . Contrariamente alla maggior parte delle nazioni industrializzate, tuttavia, poco è stato investito nella tecnologia dei filtri finora. Ecco perché le emissioni di anidride solforosa sono in aumento sostanzialmente al presente in questa regione ".

Se si tiene conto che l'anidride solforosa può anche raggiungere la stratosfera attraverso il foro OH sulla fascia tropicale del Pacifico occidentale, diventa  evidente che l'ascensore atmosferico sopra i mari del Sud non solo aumenta nello strato di ozono, ma può influenzare il clima della Terra intera . Infatti, lo strato di aerosol nella stratosfera, composto da particelle di zolfo, sembra essere diventato più spesso negli ultimi anni. I ricercatori non sanno se vi sia qui un collegamento .

Non sarebbe un colpo di fortuna se gli inquinanti atmosferici provenienti dal Sud-Est asiatico mitigassero il riscaldamento climatico?                                                                                                            "In nessun modo,-  afferma vigorosamente Markus Rex – perché il buco OH sui mari del Sud è soprattutto un'ulteriore prova di quanto siano complessi i processi climatici . E siamo molto lontani dal valutare le conseguenze di una maggiore ingresso di zolfo nella stratosfera. Pertanto, dovremmo fare ogni sforzo per comprendere i processi in atmosfera nel miglior modo possibile ed evitare qualsiasi forma di manipolazione conscia o inconscia che potrebbe avere un risultato sconosciuto. "

Perché c'è un foro OH sopra il Pacifico occidentale?

L'aria nella fascia tropicale del Pacifico occidentale è estremamente pulita. Le masse d'aria in questa zona sono state trasportate attraverso la distesa del grande oceano Pacifico con gli alisei e per lungo tempo non hanno avuto più contatti con foreste e altri ecosistemi terrestri che producono innumerevoli idrocarburi di breve durata e li rilasciano nell'aria. In queste condizioni l'aria pulita OH è formata da ozono con  una trasformazione chimica in grande misura. Se non vi è alcun ozono nell'atmosfera inferiore (= troposfera), come avviene nel Pacifico occidentale, solo poco OH può essere formato. Il risultato è un foro  nella fascia degli OH.

L’ozono, a sua volta, si forma nella bassa atmosfera solo se ci sono ossidi di azoto sufficienti lì. Grandi quantità di composti di ossido di azoto sono prodotti da fulmini di particolare intensità sulla terra. Tuttavia, le masse d'aria nella fascia tropicale  del Pacifico occidentale non sono stati esposti a tempeste tropicali continentali per lungo tempo durante il loro trasporto attraverso il gigante dell'oceano. E la produzione di fulmini nella tempesta sopra l'oceano è relativamente piccola. Allo stesso tempo la durata di ozono atmosferico è breve a causa delle condizioni eccezionalmente calde e umide nella fascia tropicale Pacifico Ovest. In questa regione del mare del Sud le temperature superficiali del mare sono più alte che altrove sul nostro pianeta,  rendendo l'aria non solo abbastanza calda, ma anche abbastanza umida. L'ozono è quindi perso rapidamente, soprattutto direttamente sopra l'acqua. E a causa della mancanza di composti di ossido di azoto, poco ozono viene successivamente formato. Mescolamento verticale rapido nelle zone di convezione che esistono ovunque sopra il mare caldo e in cui l’aria calda sale si prende cura del resto. Infine, non c'è più ozono in tutta la colonna d'aria nella troposfera. E senza ozono  la formazione di OH viene soppressa.

Che impatto ha il foro OH sopra il Pacifico occidentale ?

La molecola OH è anche chiamata il detersivo dell'atmosfera. Quasi tutte le migliaia di diverse sostanze chimiche prodotte da persone, animali, piante, funghi, alghe o microrganismi sul terreno o negli oceani reagiscono rapidamente con OH e  vengono abbattute in questo processo. Pertanto, virtualmente nessuna di queste sostanze arriva nella stratosfera. Nella zona del foro OH, tuttavia, una porzione maggiore di questa miscela eterogenea chimica può entrare nella stratosfera.

E le emissioni locali possono svolgere un impatto globale, soprattutto se lo fanno dalla stratosfera. Si diffondono a livello globale e possono influenzare la composizione dell'aria per molti anni - con conseguenze di vasta portata per la chimica dell'ozono, formazione di aerosol e il clima in generale.

Perché il buco OH non è stato scoperto prima?

La fascia tropicale del Pacifico occidentale è una delle regioni più remote del nostro pianeta. Questo è il motivo per cui ampie misure della composizione dell'aria devono ancora avvenire in questa zona. C'è qui   anche una notevole lacuna nella rete altrimenti fitta di stazioni di misura globale dell'ozono. Anche nelle precedenti misurazioni delle sezioni periferiche della regione ora indagate mostrano valori minimi di ozono nella zona della troposfera superiore, ma non i valori costantemente bassi che sono stati trovati ora per tutta la profondità della troposfera. Il fenomeno di recente scoperta si rivela in tutta la sua portata solo attraverso misurazioni eseguite per un tale grado  di estensione per la prima volta e non si era afferrato, affatto, in precedenza.