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Le misteriose nubi dell’oceano australe

Le misteriose nubi dell’oceano australe Posted on 12 Febbraio 2018

Immagine di apertura: Il jet Gulfstream V della NCAR-NSF, modificato per effettuare ricerche di fisica atmosferica (c) NCAR-NSF

L’oceano che circonda l’Antartide è il più tempestoso della Terra e l’atmosfera che lo sovrasta non è da meno: aree cicloniche, venti violenti e nuvole sono parte integrante del paesaggio quotidiano dell’oceano più estremo del pianeta. Un vastissimo anello di acque turbolente che si interfaccia fra i ghiacci antartici e l’intero emisfero sud, percorso dalla Corrente Circumpolare (la più importante del pianeta) che scorrendo in senso orario rimescola le acque dell’estremità meridionale dell’oceano Pacifico, dell’oceano Atlantico e dell’oceano Indiano 

https://www.eol.ucar.edu/content/socrates-project-overview

Sebbene l’oceano australe e la sua atmosfera siano scrutati e fotografati da satelliti, conservano aspetti misteriosi che oceanografi, climatologi e fisici dell’atmosfera vorrebbero decifrare. I modelli climatici non sono in grado di calcolare in modo preciso quanta energia solare viene riflessa dalle nubi dell’oceano australe, perché queste hanno una composizione particolarissima che i satelliti non riescono a misurare con esattezza. Di conseguenza non è possibile conoscere con precisione il bilancio energetico della Terra e determinare di quanto aumenterà la temperatura globale. Perché le nuvole dell’oceano australe sono tanto speciali? Che caratteristiche anno? Che composizione hanno? Che ruolo giocano gli aerosol di origine marina? Gli aerosol agiscono da catalizzatori nella genesi delle nubi? Con che dinamica? Che cosa accade all’interfaccia oceano-atmosfera?

Per rispondere a queste domande e in particolare studiare il comportamento delle nubi supercooled (nuvole contenenti minute goccioline di acqua purissima soprafusa, che si mantiene liquida anche se la temperatura è al disotto dello zero) un gruppo internazionale di ricercatori sta eseguendo in questo mese di febbraio una serie di rilevamenti molto complessi nell’atmosfera sopra l’oceano australe, avvalendosi di mezzi d’avanguardia: un jet trasformato in un laboratorio volante zeppo di strumenti scientifici innovativi per studi di fisica dell’atmosfera (sistemati all’interno dell’aereo, sulle ali e intorno alla carlinga….), un rompighiaccio e una nave oceanografica, anche loro cariche di strumenti sofisticati. Una task-force internazionale impressionante. 

Il progetto si chiama SOCRATES – un acronimo che sta per Southern Ocean Clouds, Radiation, Aerosol Transport Experimental Study: è finanziato dalla National Science Foundation (NSF), l’agenzia federale americana che sostiene migliaia di ricerche di scienze, tecnologia, ingegneria e matematica (STEM) negli Stati Uniti. Al progetto partecipano anche centri di ricerca australiani con ricercatori australiani e di altri paesi a bordo del rompighiaccio rosso Aurora Australis e della nave oceanografica M/V Investigator, un gioiello da 120 milioni di dollari australiani (76.556.000 milioni di euro), 94 metri di lunghezza e 18,5 di larghezza, varato nel 2014 e adibito a laboratorio multidisciplinare per studi di oceanografia, biologia marina, scienze atmosferiche. Queste due navi sono australiane e i finanziamenti provengono da istituzioni scientifiche australiane come il Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) – proprietario del M/V Investigator. 

Ol M/V Investigator, varato nel 2014. Porto di attracco: Hobart, Tasmania (c) CSIRO

I principali ricercatori del progetto SOCRATES sono americani: Greg McFarquhar che dirige il progetto; Chris Bretherton, Robert Wood e Roger T. Marchand (in gergo scientifico sono i P.I., i Principal Investigators). McFarquhar è un fisico dell’atmosfera, professore dell’Oklahoma University School of Meteorology e direttore del Cooperative Institute for Mesoscale Meteorological Studies (CIMMS); Bretherton è un fisico dell’atmosfera, professore all’University of Washington ed esperto dello studio delle nuvole e delle turbolenze. Robert Wood è professore di Scienze atmosferiche alla University of Washington e Roger T. Marchand, professore associato nel dipartimento di Scienze atmosferiche della medesima università.

Per studiare le nuvole e gli aerosol dell’oceano australe – dati fondamentali per rendere più precisi i modelli climatici – le equipes americane volano a bordo di un jet Gulfstream V trasformato in laboratorio volante per studi di scienze atmosferiche nella troposfera e nella bassa stratosfera; è di proprietà della NSF e del NCAR (National Center for Atmospheric Research). Il jet viene regolarmente utilizzato da diversi ricercatori americani ed è conosciuto con il nome in codice di HIAPER, un acronimo che sta per High-performance Instrumented Airborne Platform for Environmental Research. Ha un’autonomia di 11,200 km e puo’ salire fino a 15.500 m. QUI informazioni supplementari su HIAPER.

(c) Progetto Socrates – il jet sulla pista dell’aeroporto di Hobart.

Per tutto febbraio il Gulfstream V della NSF è di base a Hobart in Tasmania: da Hobart (43°S) decolla per esplorare una «fetta» di oceano australe a sud della Tasmania – fino alla latitudine di 62°S volando fra 6000 metri e 150 metri di altezza, misurando con laser e lidar le nuvole, analizzando la loro composizione fisico-chimica, misurando gli aerosol, analizzando i rapporti fra oceano-atmosfera e l’energia riflessa con radiometri. Per la lista e le fotografie degli strumenti a bordo cliccare QUI (SOCRATES Aircraft payload).

Il profilo e l’altezza variabile dei voli (fra 6 km e 150 m sopra l’oceano australe), effettuati fra 43°S e 62 °S. Infografia: (c) NSF/NCAR HIAPER
(c) NCAR

Verranno lanciate anche delle dropsonde, cilindretti lunghi 30 cm e larghi 4,4 cm attaccati ad un paracadute: scendono lentamente e verticalmente attraverso l’atmosfera misurando pressione, temperatura, umidità. Misurano anche il vento. Grazie alla forma particolare del loro paracadute le dropsonde calano verticalmente e non hanno quel percorso a zig-zag dei palloni-sonda lanciati da Terra: misurano una fetta verticale di atmosfera. Sono utilizzate anche per studiare gli uragani, troppo pericolosi per essere “esplorati” da un aereo di ricerca.

Entro la fine di febbraio il Gulfsteam V di SOCRATES dovrebbe compiere un totale di 16 voli – impegnativi e complessi perché effettuati sopra l’oceano più tempestoso del pianeta e con condizioni atmosferiche proibitive a causa delle nubi supercooled che -attraversate da un aereo – possono causare la formazione di ghiaccio sulle ali e sulla carlinga. Difatti, fintanto che queste nubi restano «tranquille» e non incontrano aerosol, vibrazioni o un ostacolo come un aereo – le loro goccioline d’acqua soprafusa si mantengono liquide (sono cosi’ piccole che la tensione superficiale impedisce all’acqua di gelare).  Nel momento in cui sono disturbate l’acqua si trasforma all’istante in ghiaccio. 

Greg McFarquhar, direttore del progetto SOCRATES e uno dei quattro PI (c) SOCRATES Photo Gallery

I ricercatori del progetto SOCRATES non solo vogliono capire come le nubi soprafuse reagiscono a contatto con gli aerosol naturali nell’atmosfera sopra l’oceano australe: vogliono anche scoprire quale ruolo hanno svolto nel climate change gli aerosol prodotti dall’uomo. Misurando gli aerosol nell’atmosfera pura e non inquinata dell’oceano australe e confrontando i dati con quelli dell’emisfero nord industrializzato – contano di riuscire a comprendere il ruolo di queste minute particelle per sviluppare modelli climatici più precisi. «Non sappiamo quanto precisa sia la rappresentazione di questi processi (nei modelli climatici) che riguardano l’emisfero sud – ha dichiarato il professor Greg McFarquhar in un’intervista – il progetto SOCRATES permette di osservare queste interazioni nube-aerosol per capire se effettivamente le interazioni sono diverse da quelle osservate nell’emisfero nord».

Mentre il jet della NSF sorvola l’oceano e le nuvole, i ricercatori a bordo del rompighiaccio Aurora Australis e del M/V Investigator effettuano per conto di SOCRATES studi atmosferici con laser, lidar, con il lancio di palloni-sonda e studi oceanici tramite il lancio di boe Argos di ultima generazione (vedere foto qui sotto).

L’oceanografo australiano dello CSIRO Steve Rintoul con una delle nuove sonde Argos (c) Peter Mathew

L’Aurora Australis – che fa la spola fra Hobart e le basi australiane Mawson, Casey e Davis accoglie a bordo strumenti per il progetto MARCUS (Measurements of Aerosols, Radiation, and Clouds over the Southern Ocean) sempre con lo scopo di studiare le nuvole, gli aerosol e il bilancio radiativo dell’oceano australe.

Il rompighiaccio Aurora Australis utilizzato dall’Australian Antarctic Division per trasportare personale e materiale fra la Tasmania e l’Antartide.

Nel vasto progetto SOCRATES è coinvolta anche una «piattaforma» terrestre: la base scientifica australiana di Macquarie island, situata a 54°S nell’oceano australe, con u suo progetto chiamato MICRE (Macquarie island Cloud and Radiation Experiment).

L’Australia ha in corso anche il progetto CAPRICORN, un acronimo che sta per Clouds, Aerosols, Precipitation, Radiation, and Atmospheric Composition over the Southern Ocean: il progetto si avvale di strumenti a bordo delle navi, per esempio radar per lo studio delle nuvole e delle precipitazioni, sensori per la misura degli aerosol, strumenti per campionare l’acqua di mare e stabilire l’origine degli aerosol dello spray marino.

Grazie ai satelliti verrà completato un profilo completo dell’atmosfera dalla superficie oceanica fino a 10 km di altezza nell’oceano australe: l’insieme delle misure effettuate dal progetto SOCRATES, da CAPRICORN, da MARCUS, da MICRE, dai satelliti e da altri esperimenti (AWARE, ARM West Antarctic Radiation Experiment) consentirà di comprendere meglio la genesi delle misteriose nubi dell’oceano australe e di ottenere modelli climatici più precisi per prevedere l’entità dei cambiamenti climatici.

(c) Lucia S. Simion 12 febbraio 2018 – materiale iconografico: https://www.eol.ucar.edu/content/socrates-project-overview