I satelliti della NASA scoprono che l’atmosfera superiore si sta raffreddando e si contrae a causa del cambiamento climatico

Queste immagini AIM vanno dal 6 al 18 giugno 2021, quando la stagione delle nubi luminose nell’emisfero settentrionale era in pieno svolgimento. I colori – dal blu scuro all’azzurro e al bianco brillante – fanno riferimento all’albedo delle nuvole, che si riferisce alla quantità di luce che la superficie riflette rispetto alla luce solare totale che cade su di essa. Gli oggetti con un alto grado di albedo sono luminosi e riflettono molta luce. Gli oggetti che non riflettono molta luce hanno un’albedo bassa e sono scuri. Credito: NASA/HU/VT/CU-LASP/AIM/Joy Ng

Poiché la mesosfera è molto più sottile della parte dell’atmosfera in cui viviamo, gli effetti dell’aumento dei gas serra, come l’anidride carbonica, sono diversi dal riscaldamento che sentiamo in superficie. Un ricercatore ha paragonato il luogo in cui viviamo, la troposfera, a una trapunta più spessa.

«L’atmosfera è molto densa vicino alla superficie terrestre», hanno detto il coautore dello studio James Russell e uno scienziato atmosferico della Hampton University in Virginia. «La CO2 intrappola il calore proprio come un piumone intrappola il calore del tuo corpo e ti tiene al caldo.» Nella bassa atmosfera, molte molecole sono molto vicine e intrappolano e trasferiscono facilmente il calore della Terra tra loro, mantenendo un calore simile a una trapunta.

Ciò significa che meno calore della Terra raggiunge lo strato superiore e più sottile dello strato intermedio. Lì, le particelle sono poche e lontane tra loro. Poiché anche l’anidride carbonica emette calore in modo efficiente, qualsiasi calore catturato dall’anidride carbonica si disperde nello spazio prima di quanto trova un’altra molecola da assorbire. Di conseguenza, più gas serra come l’anidride carbonica significano che più calore viene perso nello spazio e l’atmosfera superiore si sta raffreddando. Quando l’aria si raffredda, si restringe, allo stesso modo di un palloncino se lo metti nel congelatore.

Questo raffreddamento e contrazione non è stato sorprendente. «I modelli mostrano questo effetto», ha detto Brenta Thriaraja, uno scienziato atmosferico del Virginia Tech che ha contribuito allo studio, per un periodo di anni. «Sarebbe stato ancora più strano se la nostra analisi dei dati non lo avesse dimostrato».

Mentre studi precedenti hanno osservato questo raffreddamento, nessuno ha utilizzato un record di dati di questa lunghezza o mostrato il restringimento dell’atmosfera superiore. I ricercatori affermano che queste nuove scoperte rafforzano la loro fiducia nella nostra capacità di modellare i complessi cambiamenti dell’alta atmosfera.

Il team ha analizzato come la temperatura e la pressione sono cambiate nel corso di 29 anni, utilizzando i tre set di dati che coprivano i cieli estivi ai poli nord e sud. Hanno esaminato l’estensione del cielo da 30 a 60 miglia sopra la superficie. Alla maggior parte delle altitudini, l’atmosfera si raffredda all’aumentare dell’anidride carbonica. Questo effetto significa che l’altezza di qualsiasi pressione atmosferica diminuisce man mano che l’aria si raffredda. In altre parole, l’atmosfera si stava restringendo.

L’atmosfera media della Terra

Sebbene ciò che accade nell’atmosfera non influisca direttamente sull’uomo, l’area è importante. Il limite superiore dell’atmosfera, 50 miglia sopra la Terra, è dove si trovano le temperature atmosferiche più fredde. È anche il punto in cui l’atmosfera neutra inizia a passare ai gas deboli e carichi elettricamente nella ionosfera.

Ancora più in alto, a 150 miglia sopra la superficie, i gas atmosferici causano la resistenza dei satelliti, l’attrito che spinge i satelliti fuori dall’orbita. Le nuvole satellitari aiutano anche a sbarazzarsi della spazzatura spaziale. Man mano che la mesosfera si restringe, il resto dell’atmosfera superiore sprofonda con essa. Man mano che l’atmosfera si restringe, la resistenza dei satelliti può diminuire: interferisce meno con i satelliti funzionanti, ma lascia anche più spazzatura spaziale nell’orbita terrestre bassa.

Questo grafico mostra gli strati dell’atmosfera terrestre. Clicca per esplorare a grandezza naturale. credito: NASA

L’atmosfera è anche conosciuta come nuvole di ghiaccio blu brillante. Sono chiamate nuvole notturne o nuvole medio-polari, così chiamate perché vivono nell’atmosfera e tendono a radunarsi intorno ai poli nord e sud. Le nuvole si formano in estate, quando l’atmosfera è costituita dalle tre componenti che la producono: vapore acqueo, temperature estremamente fredde e polvere di meteoriti che bruciano in questa parte dell’atmosfera. Nuvole notturne illuminate sono state viste sul Canada settentrionale il 20 maggio, dando il via all’inizio della stagione delle nuvole notturne nell’emisfero settentrionale.

Poiché le nuvole sono sensibili alla temperatura e al vapore acqueo, sono un utile segnale di cambiamento nell’atmosfera. «Comprendiamo la fisica di queste nuvole», ha detto Bailey. Negli ultimi decenni, le nuvole hanno attirato l’attenzione degli scienziati perché si comportano in modo strano. Stanno diventando più luminosi, deviando lontano dai poli, apparendo prima del solito. E il, Sembra che ce ne siano di più rispetto agli anni passati.

«L’unico modo in cui ti aspetteresti che cambi in questo modo è che la temperatura si raffreddi e il vapore acqueo aumenti», ha detto Russell. Le temperature fredde e l’abbondanza di vapore acqueo sono associate ai cambiamenti climatici nell’alta atmosfera.

Russell è attualmente il ricercatore principale per AIM, abbreviazione di Aeronomy of Ice in the Mesosphere, il più recente dei tre satelliti che hanno fornito dati allo studio. Russell ha servito come comandante in tutte e tre le missioni della NASA: AIM, lo strumento SABRE su TIMED (Atmosphere, Ionosphere, Mesosphere Energetics and Dynamics) e lo strumento HALOE sull’UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) in pensione.

TIMED e AIM sono stati lanciati rispettivamente nel 2001 e nel 2007 ed entrambi sono ancora in esecuzione. La missione UARS è andata avanti dal 1991 al 2005. «Ho sempre pensato che saremmo stati in grado di metterli insieme in uno studio sul cambiamento a lungo termine», ha detto Russell. Ha detto che lo studio dimostra l’importanza delle osservazioni spaziali a lungo termine in tutto il mondo.

In futuro, i ricercatori si aspettano visualizzazioni più sorprendenti delle nuvole notturne che si allontanano dai poli. Poiché questa analisi si è concentrata sui poli in estate, Bailey ha detto che intende esaminare questi effetti per periodi di tempo più lunghi e, dopo le nuvole, studiare un tratto più ampio dell’atmosfera.