[Per tutte le fotografie si rimanda al testo originale]
Di Kathrine E. Lorentz, SAIC-Langley Research Center
Abigail Hoglund, una ragazza di 14 anni, non ricorda un momento in cui non si ritrovi ad esplorare e studiare il mondo che la circonda. Cresciuta nella città di Neptune City, nel New Jersey, Abigail si appassionò molto presto agli argomenti scientifici attraverso l’aiuto di suo padre, il responsabile di una società di ingegneria e astronomo per passione. Le osservazioni di cieli fantastici durante le camminate ed i campeggi nei parchi nazionali di Yellostone e Acadia sono alcuni dei suoi ricordi più belli; cacciatrice di stelle con il suo telescopio da 8” Schmidt-Cassegrain; orientata alla letture scientifiche nella vicina Università di Princeton. Sebbene Abigail avesse solo cinque anni, si ricorda alla perfezione la gioia che provò nell’appendere le scienze attraverso un gioco che le venne regalato da suo padre.
Due anni fa fu accolta come ricercatrice al Langley Research Centre attraverso il programma di studio S’COOL (Osservazioni on-line delle nuvole da parte degli studenti). Il dottor Lin Chamber, direttore del programma S’COOL e ricercatore scientifico al Langley Research Centre, tenne un conferenza nella scuola di Abigail, la Hunterdon Cristian Academy a Flemington, nel New Jersey. Abigail rimase piacevolmente sorpresa che la Hunterdon fosse collaboratrice con la NASA. E disse: ”Amo l’astronomia e tutto ciò che riguarda la NASA. Il programma S’COOL è un’opportunità per aiutare la NASA”. Abigail capì che non poteva farsi sfuggire l’opportunità di conoscere la Società di Scienze Terrestri della NASA, per comprendere come le scienze terrestri potessero consentirle di capire di più quanto riguarda le scienze dello spazio.
Per due anni Abigail fu impegnata con il programma S’COOL osservando le nuvole, studiando le scienze terrestri , ma anche scrivendo degli articoli per la sua classe di scienze. In un suo articolo apparso su CERES, disse: “Ho utilizzato le mie osservazioni per scoprire le mutazioni sul clima. Per esempio osservando la temperatura, l’umidità relativa, le scie persistenti e quelle di breve durata, ho notato (con un grafico da me costruito) che tutti questi valori sembrano essere più piccoli in inverno rispetto ai mesi più caldi.” Abigail ipotizza che siccome il sole è la causa naturale di tutte le condizioni del tempo, e dato che i suoi raggi splendono in maniera più diretta sulla terra (nell’emisfero settentrionale) dall’autunno alla primavera, le scie si formano più rapidamente in estate, primavera e nella prima parte dell’autunno, piuttosto che in inverno o in autunno inoltrato.
Le osservazioni di Abigail illustrano la missione del progetto S’COOL: favorire la collaborazione tra studenti e ricercatori, favorire l’interesse degli studenti verso argomenti scientifici e valicando i dati provenienti dal satellite attraverso le osservazioni reali degli studenti da terra. Lin Chambers dichiara: “gli scienziati traggono beneficio dalla consultazione delle osservazioni degli studenti al fine di valutare la validità del CERES. Gli studenti a loro volta beneficiano del coinvolgimento in esperimenti sul mondo reale, oltre che della grande mole di informazioni a cui possono accedere consultando il sito S’COOL, il cui indirizzo è http://scool.larc.nasa.gov.
La collaborazione con la NASA ha spinto Abigail a valutare l’opportunità di studi scientifici più approfonditi. Questa estate ha partecipato per la terza volta al programma estivo rivolto ai giovani talenti al John Hopkins Center. La frequenza alla prestigiosa scuola di preparazione nel prossimo autunno è un’altra delle opportunità che Abigail sta prendendo in considerazione. Questa scuola, la Phillips Academy (detta anche Andover) di Andover, nel Massachusetts, offre la possibilità di partecipare a corsi molto avanzati sulle scienze. Recentemente, il responsabile delle ammissioni ha speso delle parole di compiacimento nei confronti delle matricole e qualche congratulazione: “Una ragazza ha contribuito a fare della sua scuola, una delle prime 10 nell’osservazione delle nubi nell’ambito del progetto S’COOL!” Abitali rispose: “Non mi sarei mai iscritta ad Andover, se non fosse stato per S’COOL ed il CERES.
Cosa riserverà il futuro per questa ragazza dello S’COOL? La risposta si può forse trovare nelle nuvole o anche nelle stelle. Abigail, fresca matricola delle scuole superiori, aspira già a partecipare ad un’università ad orientamento scientifico come il MIT o il Caltech. Abigail spera di partecipare allo SHARP, la scuola superiore estiva per gli aspiranti ricercatori della NASA, prima di diplomarsi all’Andover.
Nel frattempo Abigail ha dichiarato la sua intenzione di continuare a coltivare la sua passione per le scienze attraverso l’osservazione del mondo che la circonda.
LE NUBI SONO PIU’ FREDDE DEL FUMO
Foto satellitare: Le immagini da satellite della foresta pluviale amazzonica raramente mostrano il fumo e le nubi cumuliformi insieme. Il fumo, principalmente causato da incendi legati all’agricoltura, inibiscono le nubi cumuliformi che normalmente si formano al di sopra della foresta ogni pomeriggio.
Poco dopo il suo arrivo al Goddard Space Flight Center (centro di volo spaziale Goddard) della NASA, Ilan Koren pensava di essere arrivato ad un punto morto nel suo primo progetto di ricerca, o così gli era sembrato. Egli stava cercando di trovare delle immagini della foresta pluviale dell’Amazzonia che mostrassero dense colonne di fumo provocate dall’incendio della vegetazione mescolate con nubi basse di tipo cumuliforme. Una volta trovato tale scenario, il secondo obiettivo di Koren fu quello di utilizzare i dati provenienti dal satellite per osservare e misurare quanto le particelle di fumo alterino le nuvole. Il problema fu che dopo aver passato diversi giorni combinando i dati raccolti attraverso i satelliti Terra e Aqua, Koren non riuscì a trovare abbastanza esempi di incendi concomitanti a nuvole cumuliformi di basso livello.
Era il novembre del 2002 e Koren era arrivato alla NASA tre mesi prima, appena dopo aver ottenuto il dottorato dall’università di Tel Aviv, dove aveva studiato le nuvole. A scuola Koren amava immergersi nel mistero di come e perché le nuvole si formano e si evolvono nel tempo. Per prima cosa è affascinato dalla bellezza delle nuvole. In realtà egli riconosce l’importanza delle nuvole nel regolare l’energia radiante in ingresso ed in uscita dal sistema climatico della Terra. “esse sono il mezzo della natura per dipingere ciò che sta accadendo nella fisica del cielo e ciò che sta per succedere nell’aria”, disse. “se si riuscisse a ricondurre le loro forme e nature in numeri ed inserirli in una formula matematica, probabilmente si potrebbe prevedere il tempo o almeno prevedere i cambiamenti nel clima”.
Così, pieno di entusiasmo, Koren raccolse un gruppo di ricercatori scientifici, guidati da Yoram Kaufman e Lorrain Remer, allo scopo di studiare quale particolare influenza possono avere le nuvole sul clima. Quando piccole particelle di inquinamento nell’aria (dette “aerosol”) si mischiano con certi tipi di nuvole, cambiano le caratteristiche delle nubi stesse, rendendole più chiare, più riflettenti e maggiormente vitali. In sostanza accrescono la capacità di raffreddare la superficie a loro sottostante. Dubbiosi sull’effetto indiretto degli aerosol, Kaufman e Remer, hanno voluto scoprire il perché la maggior luminosità e la maggior durata delle nuvole migliori la loro capacità di riflettere la luce del sole verso lo spazio.
“L’Amazzonia, (o meglio il bacino amazzonico) è troppo bello per essere vero.” Esclamò Koren. “Tutto ciò che è necessario fare è trovare aree dove dense colonne di fumo si combinano con le nuvole. Sembra incredibile che non si riesca a trovare fumo e nuvole insieme”. Inaspettatamente, l’osservazione di Koren portò il gruppo a fare un passo indietro e a spostare la propria attenzione ad un scenario più ampio. Curiosamente le località dove non si trovano nubi, sembrano coincidere con le zone dove c’è fumo. In altre parole, le aree dove ci sono dense colonne di fumo, la copertura nuvolosa sotto forma di cumuli varia tra una media del 40% e lo zero!
Può il fumo in qualche modo inibire la formazione delle nuvole? A Koren nacque il sospetto che il fumo ne fosse la causa. Cominciò così la ricerca tra la letteratura scientifica per vedere se qualche altro scienziato aveva mai osservato questo fenomeno e di conseguenza ne avesse fornito una spiegazione. La ricerca di Koren verso la letteratura scientifica fece emergere due testi. In un articolo del 1997 intitolato “La forzante climatica mancante”, James Hansen e i suoi coautori del Goddard Istituto degli studi dello spazio della NASA, scrissero che su scala globale, l’effetto generale del articolato in sospensione è quello di portare ad un raffreddamento del pianeta. Inoltre l’effetto di raffreddamento indiretto dovuto a sostanze come gli aerosol (rendendo lo nubi maggiormente riflettenti) sono dovute al fatto che queste minuscole particelle intercettano i raggi del sole e li riflettono verso lo spazio. Per cui il cosiddetto effetto diretto degli aerosol e quello di ridurre la quantità di irraggiamento proveniente dal sole.
La seconda lettura di Koren fu un articolo pubblicato nel 2000 dal titolo “Riduzione della nuvolosità tropicale ad opera della fuligine”. In questo studio Andy Ackerman, del Centro di Ricerche Ames della NASA ed i suoi coautori, hanno utilizzato dei modelli matematici al computer per dimostrare che l’assorbimento di energia da parte degli aerosol, può avere un effetto semidiretto nelle nuvole cumuliformi sugli oceani. Ackerman lo descrisse come “effetto di dissipazione delle nubi causato dalla fuligine”: Secondo Ackerman, questo riscaldamento in cima allo strato limite, dissolve la nuvole per due motivi: (1) accelera il processo di evaporazione delle nuvole esistenti, e (2) elimina il flusso convettivo ascendente del vapore dalla superficie terrestre, necessario a formare nuove nuvole. L’articolo confermò quindi i sospetti di Koren scaturiti dalla consultazione dei dati del satellite Aqua sul bacino Amazzonico; il fumo ha soppresso la formazione delle nuvole cumuliformi ai bassi livelli.
“Abbiamo sempre considerato il fumo principalmente come riflettore nei confronti dei raggi solari” osservò Koren ”ma abbiamo dimostrato che, a seguito dell’assorbimento, esso elimina la formazione delle nuvole. Questo è uno dei principali contributi degli aerosol al bilancio complessivo della energia radiante”.
Ma come questo evento su piccola scala – o uno che può durare solo lo spazio di qualche settimana, può significativamente condizionare il bilancio globale della Terra? Remer fa notare che queste considerazioni sulla produzione di aerosol non è relativo solo al Bacino Amazzonico. Il problema diventa sempre più diffuso ogni anno che passa.
DISEGNO ESPLICATIVO
Quando è presente il fumo, le particelle di fuliggine di colore scuro assorbono la luce solare, riscaldando l’atmosfera e raffreddando la superficie terrestre. Questo riscaldamento riduce l’umidità relativa nello strato di aria dove è presente il fumo, inibendo la formazione di nubi. Inoltre le piante riducono la traspirazione in risposta alla presenza di fumo e quindi si riduce la quantità di vapore acqueo nell’aria. Siccome il fumo riscalda l’aria sovrastante la superficie terrestre e contemporaneamente contribuisce al raffreddamento del suolo, la differenza di temperatura tra gli stati di aria superiori e quelli vicini alla superficie terrestre è ridotta, la convezione limitata, e conseguentemente la formazione di nubi.
Per una completa versione di questo articolo visita l'Osservatorio Terrestre a: http://earthobservatory.nasa.gov/Study/SmokeClouds/
LE PRIME IMPRESSIONI
Ho portato una classe fuori ad osservare le nubi per S’COOL (era la prima volta) e si sono innamorati! Vengono qui tutti chiacchierando sui tipi di nuvole che hanno osservato nel fine settimana, elemosinando di uscir fuori ad osservare ancora. Chissà quando sentiranno parlare delle scie!
Kathey Farley, Mabelvale Magnet Middle School, Mabelvale, Arkansas, USA.
Traduzione italiana a cura di: Dott. Ing. Gabriele Quarti
Controllo scientifico a cura di: Dott. Ing. Francesco Sudati (meteorologo)