La mesosfera terrestre si raffredda e si contrae a causa del cambiamento climatico
La scoperta avvenuta incrociando 29 anni di dati di tre satelliti della NASA
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Il cielo non sta cadendo, come temevano i galli del villaggio di Asterix, ma gli scienziati hanno scoperto che, in risposta all’aumento delle emissioni di gas serra di origine antropica, parti dell’alta atmosfera si stanno gradualmente contraendo. Infatti, i dati combinati di tre satelliti della NASA hanno prodotto una registrazione a lungo termine che rivela che la mesosfera, lo strato dell’atmosfera che si estende tra i 60 e 90 km sopra la superficie terrestre (tra la stratosfera e la termosfera), si sta raffreddando e contraendosi. Un effetto del cambiamento climatico causato dall’uomo che gli scienziati avevano già previsto, ma è stato difficile osservare questi trend nel tempo.
Ora lo studio “Trends in the polar summer mesosphere temperature and pressure altitude from satellite observations”, pubblicato sul Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics da un team di ricercatori statunitensi
conferma quella ipotesi e il principale autore, Scott Bailey del Virginia Tech di Blacksburg, sottolinea che «Sono necessari diversi decenni per gestire questi trend e isolare ciò che sta accadendo a causa delle emissioni di gas serra, dei cambiamenti del ciclo solare e di altri effetti. Abbiamo dovuto mettere insieme i dati di tre satelliti».
Insieme, i satelliti hanno fornito circa 30 anni di osservazioni, indicando che, come spiega la NASA, «La mesosfera estiva sui poli della Terra si sta raffreddando da 4 a 5 e gradi Fahrenheit e si contrae da 500 a 650 piedi per decennio». E i ricercatori si aspettano che, senza cambiamenti nelle emissioni antropiche di CO2 umana, questi tassi di raffreddamento e contrazione continuino.
Dato che la mesosfera è molto più sottile della parte dell’atmosfera in cui viviamo, gli impatti dell’aumento dei gas serra, come l’anidride carbonica, differiscono dal riscaldamento che sperimentiamo in superficie. Un altro autore dello studio, James Russell, della Hampton University, ricorda che «Giù, vicino alla superficie terrestre, l’atmosfera è densa. L’anidride carbonica intrappola il calore proprio come una trapunta intrappola il calore del nostro corpo e ci tiene al caldo. Nella bassa atmosfera, ci sono molte molecole nelle immediate vicinanze e intrappolano e trasferiscono facilmente tra loro il calore della Terra, mantenendo quel calore in modo simile a una trapunta».
Questo significa che fino alla mesosfera più alta e più sottile arriva poco del calore terrestre. Lì, le molecole sono poche e lontane tra loro e alla NASA spiegano ancora: «Poiché anche l’anidride carbonica emette calore in modo efficiente, qualsiasi calore catturato dall’anidride carbonica fuoriesce prima nello spazio di quanto non trovi un’altra molecola per assorbirlo. Di conseguenza, un aumento dei gas serra come l’anidride carbonica significa che più calore viene perso nello spazio e l’atmosfera superiore si raffredda. Quando l’aria si raffredda, si contrae, allo stesso modo in cui un palloncino si restringe se lo metti nel congelatore».
Questi raffreddamento e contrazione non sono stati una sorpresa. Brentha Thurairajah del Virginia Tech, che ha partecipato allo studio, ricorda che «Per anni, i modelli hanno mostrato questo effetto. Sarebbe stato più strano se la nostra analisi dei dati non lo avesse mostrato».
Mentre studi precedenti avevano già osservato questo raffreddamento, nessuno ha utilizzato un daset così esteso nel tempo o aveva mostrato la contrazione dell’atmosfera superiore. I ricercatori dicono che «Questi nuovi risultati aumentano la nostra fiducia nella nostra capacità di modellare i complicati cambiamenti dell’atmosfera superiore».
Il team ha analizzato come la temperatura e la pressione sono cambiate in 29 anni, utilizzando tutti e tre i dataset, che coprivano i cieli estivi del Polo Nord e del Polo Sud. Hanno esaminato la mesosfera scoprendo che, alla maggior parte delle altitudini, si è raffreddata con l’aumentare dell’anidride carbonica e <d evidenziano che «Questo effetto significa che l’altezza di una data pressione atmosferica diminuisce man mano che l’aria si raffredda. In altre parole, la mesosfera si sta contraendo».
Alla Nasa fanno notare che «Sebbene ciò che accade nella mesosfera non abbia un impatto diretto sugli esseri umani, la regione è importante. Il limite superiore della mesosfera, a circa 50 miglia sopra la Terra, è dove si trovano le temperature atmosferiche più fresche. E’ anche il punto in cui l’atmosfera neutra inizia a passare ai tenui gas caricati elettricamente della ionosfera. Ancora più in alto, a 150 miglia sopra la superficie, i gas atmosferici causano la resistenza dei satelliti, l’attrito che trascina i satelliti fuori dall’orbita. Il trascinamento satellitare aiuta anche a eliminare la spazzatura spaziale. Quando la mesosfera si contrae, il resto dell’atmosfera superiore sprofonda con essa. Man mano che l’atmosfera si contrae, la resistenza dei satelliti potrebbe diminuire, interferendo meno con i satelliti operativi, ma lasciando anche più spazzatura spaziale nella bassa orbita terrestre».
La mesosfera è anche nota per le sue brillanti nuvole di ghiaccio blu, quelle che vengono chiamate nuvole mesosferiche nottilucenti o polari, perché si sviluppano nella mesosfera e tendono ad ammassarsi intorno ai poli nord e sud. Queste nuvole si formano in estate, quando la mesosfera ha tutti e tre gli ingredienti per produrle: vapore acqueo, temperature molto fredde e polvere di meteoriti che bruciano in questa parte dell’atmosfera. Nubi nottilucenti sono state avvistate sul Canada settentrionale il 20 maggio, dando il via all’inizio della stagione delle nuvole nottilucenti dell’emisfero settentrionale. Dato che le nuvole sono sensibili alla temperatura e al vapore acqueo, sono un utile segnale di cambiamento nella mesosfera. Bailey ha spiegato che «Comprendiamo la fisica di queste nuvole». Negli ultimi decenni, le nuvole hanno attirato l’attenzione degli scienziati perché si comportano in modo strano. Stanno diventando più luminose, si allontanano sempre più dai poli e appaiono prima del solito. E sembra che ce ne siano di più rispetto agli anni passati. Russell ha aggiunto che »L’unico modo in cui ti aspetteresti che cambino in questo modo è se la temperatura si sta abbassando e il vapore acqueo aumenta». E le temperature più fredde e l’abbondante vapore acqueo sono entrambi collegati ai cambiamenti climatici nell’alta atmosfera.
Attualmente, Russell è il ricercatore principale dell’Aeronomy of Ice in the Mesosphere (AIM), il più recente satellite dei tre che hanno contribuito allo studio con i loro dati. Russell ha ricoperto il ruolo di leader in tutte e tre le missioni della NASA: AIM, lo strumento SABRE su TIMED (Thermosphere, Ionosphere, Mesosphere Energetics and Dynamics) e lo strumento HALOE sull’UARS (Upper Atmospherics Research Satellite) che è ormai fuori servizio. TIMED e AIM sono stati lanciati rispettivamente nel 2001 e nel 2007, ed entrambi sono ancora operativi. La missione UARS si è svolta dal 1991 al 2005. Russell è giustamente soddisfatto per i risultati ottenuti grazie ai satelliti: «Ho sempre avuto in mente che saremmo stati in grado di metterli insieme in uno studio sul cambiamento a lungo termine. Lo studiodimostra l’importanza delle osservazioni spaziali a lungo termine in tutto il mondo».
In futuro, i ricercatori si aspettano manifestazioni più sorprendenti di nuvole nottilucenti che si allontanano più dai poli. Bailey ha concluso: «Poiché questa analisi si è concentrata sui poli in estate, intendo esaminare questi effetti per periodi di tempo più lunghi e, seguendo le nuvole, studiare un tratto più ampio dell’atmosfera».
