Il fumo di alcuni incendi boschivi fa il giro del mondo
Un recente studio ha rivelato che alcuni incendi australiani hanno prodotto una foschia stratosferica che si è estesa in tutto il mondo rivaleggiando con quelle prodotte da eruzioni vulcaniche e frenando l'ingresso delle radiazioni.
Durante la stagione degli incendi estremi in Australia, iniziata all'inizio del 2019 e durata fino al 2020, milioni di tonnellate di particelle di fumo sono state rilasciate nell'atmosfera. La maggior parte di quelle particelle emesse seguiva uno schema tipico, depositandosi sul terreno dopo un giorno o una settimana.
Ma alcuni di quegli incendi, in particolare quelli presenti in una zona concreta del paese, sono riusciti a coprire l'intero emisfero meridionale per mesi. Come sottolinea EurekAlert!, non è importante solo l'intensità degli incendi, ma anche dove si sviluppano. Ora due scienziati israeliani hanno descritto, in un recente articolo pubblicato su Science, la "tempesta perfetta" di circostanze che ha portato le particelle emesse da questi incendi nell'alta atmosfera e le ha diffuse poi in tutto l'emisfero meridionale.
Le particelle che raggiungono la stratosfera di solito lo fanno attraverso le eruzioni vulcaniche. La cenere emessa nelle eruzioni più estreme attenua il Sole e raffredda il pianeta, oltre a produrre tramonti spettacolari.
Il professor Ilan Koren, del Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti presso l'Istituto Weizmann per le Scienze, ha condotto uno studio insieme al Dott. Eitan Hirsch, attuale capo della Divisione di Scienze Ambientali presso l'Istituto Israeliano per la Ricerca Biologica di Ness Tziona, e ha osservato un aumento estremo della carica di particelle nell'atmosfera chiamata AOD (Aerosol Optical Depth) attraverso una misura satellitare.
Il ruolo della tropopausa
Nel gennaio 2020, quelle misurazioni, tracciate in deviazioni standard, hanno mostrato una deviazione tre volte il normale - una delle letture più alte mai ottenute, anche superiore a quelle del Monte Pinatubo nel 1991. I tempi però non coincidevano con alcuna attività vulcanica: l'origine era un'altra.
I ricercatori si sono chiesti se gli incendi potessero essere responsabili, anche se il fumo degli incendi raramente fuoriesce dallo strato inferiore dell'atmosfera, la troposfera, in quantità significative. Se le particelle di fumo riescono a salire così in alto, entrano in collisione con uno strato di inversione, la tropopausa, che funge un po' da "tetto" tra la troposfera e la stratosfera.
Utilizzando vari strumenti e analizzando le informazioni con dati provenienti da diversi satelliti, tra cui, oltre all'AOD, le letture LIDAR che hanno rivelato come le particelle fossero distribuite verticalmente in "fette" di atmosfera, sono stati in grado di dimostrare che la fonte dei picchi era gli incendi boschivi, e in particolare quelli che si stavano producendo nel sud-est dell'Australia.
Un'analisi più dettagliata dei dati satellitari ha rivelato che l'ampia fascia di nebbia nella stratosfera si estendeva fino a coprire l'emisfero meridionale, con un picco da gennaio a marzo 2020 e persistente fino a luglio, raggiungendo la costa occidentale dell'Australia.
La domanda a cui rispondere era come queste particelle di fumo penetrassero attraverso il tetto della tropopausa e perché provenissero da questi incendi e non da altri. Un indizio era in un altro lontano incendio che si era verificato diversi anni prima in Canada. Anche in quel caso erano stati registrati livelli elevati di APS. Entrambi gli incendi si sono verificati ad alte latitudini, lontano dall'equatore. Il livello della tropopausa era parte della chiave.
La convezione aiuta nel processo
L'altezza della troposfera si riduce alle medie latitudini. Ai tropici, il "tetto" superiore della troposfera può arrivare fino a 18 chilometri sopra la superficie, mentre sopra il 45º parallelo -Nord e Sud- compie un brusco passo verso il basso, fino a circa 8-10 km di altezza alle latitudini più remote.
Quindi il primo elemento che ha permesso alle particelle di volare nella stratosfera è stato semplicemente avere meno atmosfera da attraversare. Le nuvole chiamate "pirocumuli", alimentate dall'energia degli incendi, erano state considerate un mezzo per trasportare il fumo nella stratosfera.
Tuttavia, durante l'esame dei dati satellitari, Hirsch e Koren hanno osservato che le nubi di pirocumuli si sono formate solo durante una piccola frazione della durata degli incendi e sono state osservate principalmente negli incendi che si producevano nella parte centrale della costa. In altre parole, queste nuvole non potevano spiegare le grandi quantità che sono state trasportate nella stratosfera, e mancava un meccanismo aggiuntivo per sollevare il fumo sottovento dalle sorgenti.
E qui entrano in gioco i trend meteorologici nella fascia dei cicloni di media latitudine, che attraversa la punta meridionale dell'Australia, una delle regioni più tempestose del pianeta. Il fumo è stato prima spinto (spostato orizzontalmente) dai venti dominanti nella bassa atmosfera verso l'Oceano Pacifico, e poi una parte di esso si è spostato nelle profonde nubi convettive di quella zona ed è stato sollevato nel nucleo delle nuvole verso la stratosfera.
Il fumo, un "rinforzante" dei cumulonembi
Un interessante meccanismo di feedback noto come "rinvigorimento delle nuvole per aerosol" può approfondire ulteriormente le nuvole. In uno studio precedente, gli autori avevano dimostrato che in condizioni ambientali come quelle sopra l'Oceano Antartico, le nubi convettive sono "limitate dagli aerosol".
Pertanto, gli alti livelli di fumo potrebbero agire come nuclei di condensazione per le nuvole, permettendo alle nuvole di svilupparsi a maggior profondità e aumentando così il numero di nubi che possono penetrare nella tropopausa e iniettare il fumo nella stratosfera.
Nella stratosfera le particelle si trovano in un mondo diverso da quello che hanno appena lasciato. Se più sotto si trovavano in balia di correnti d'aria che si mescolano e si agitano, nei livelli più alti l'aria si muove in modo costante e lineare. C'era quindi un'unica forte corrente, che li stava spostando a est oltre l'oceano verso il Sud America e di nuovo sull'Oceano Indiano in Australia, stabilendosi lentamente intorno all'intero emisfero. "La gente in Cile respirava le particelle degli incendi australiani", dice Hirsch. Navigando in un flusso d'aria infinito, queste particelle sono rimaste nell'aria molto più a lungo delle particelle di fumo presenti nell'atmosfera inferiore.