Nuovi indizi sui ruoli svolti dalle superfici delle particelle di aerosol
Le particelle sospese nell’aria, che sono ovunque intorno a noi, ci influenzano in varie modalità, per esempio fungendo da vettori di virus o fattori che determinano i cambiamenti climatici. Il rapporto tra le particelle che emettiamo e l’ambiente che ci circonda è complesso e sussiste al momento una necessità urgente di migliorare la comprensione di questa dinamica. Il progetto SURFACE, intrapreso con il sostegno del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), si è prefisso di raggiungere proprio questo obiettivo. «Ogni singola gocciolina di nube è stata nucleata sulla superficie di una particella di aerosol. Sebbene gli aerosol e le goccioline forniscano il mezzo per la chimica in fase condensata nell’atmosfera, rimangono grandi lacune nella comprensione di varie loro caratteristiche, quali formazione, trasformazioni e interazioni con il clima», afferma Nønne Prisle(si apre in una nuova finestra), ricercatrice principale del progetto e docente presso il Center for Atmospheric Research(si apre in una nuova finestra).
Reazioni chimiche e trasformazioni fisiche nell’atmosfera
L’atmosfera è composta da un gran numero di specie chimiche diverse, ciascuna delle quali è presente in quantità minime; esse possono prendere parte a una miriade di reazioni chimiche e trasformazioni fisiche differenti. «Le reazioni e le trasformazioni avvengono tutte nello stesso momento, ma su scale temporali molto diverse, per cui è praticamente impossibile individuarle separatamente mediante esperimenti o approfondimenti teorici», spiega Prisle. Quando si tratta di aerosol, l’analisi è altrettanto impegnativa: sono infatti caratterizzati da dimensioni molto variabili, contengono numerose molecole diverse condensate insieme e sono comunque ancora così minuti che la quantità totale di materiale è notevolmente scarsa. Come osserva Prisle: «Sebbene siano stati sviluppati strumenti per rilevare la composizione delle superfici, solo di recente è diventato possibile utilizzarli per le superfici di materiali rilevanti a livello atmosferico. Questi esperimenti sono molto difficili da effettuare e da analizzare, per cui quelli che abbiamo realizzato noi sono tra i primi a raggiungere tale traguardo.» Uno dei metodi chiave impiegati da SURFACE è la spettroscopia fotoelettronica basata su sincrotroni(si apre in una nuova finestra), una tecnica che sfrutta potenti raggi X generati presso impianti di sincrotrone di grandi dimensioni al fine di studiare i campioni a livello molecolare. «I raggi X espellono gli elettroni dalle molecole del campione, il che ci permette di raccoglierli e di misurarne la velocità. Essa a sua volta ci consente di determinare l’identità delle molecole presenti sulla superficie e nell’ambiente circostante, mentre il numero di elettroni rilevati rende possibile la quantificazione di ogni specifico tipo di molecola», spiega Prisle. Il progetto è quindi proseguito con la generazione di campioni di aerosol in camere di simulazione atmosferica. «Abbiamo utilizzato una serie di strumenti, alcuni dei quali unici a livello mondiale, per approfondire le loro proprietà fisiche e chimiche e la relativa capacità di formare goccioline di nubi e di influenzare la chimica atmosferica.» Dopo aver analizzato le proprietà fisiche dei campioni, SURFACE ha sviluppato metodi computazionalmente efficienti allo scopo di includerli nei modelli climatici. «I modelli hanno rivelato che le proprietà delle superfici sono in grado di influenzare gli effetti generati dagli aerosol su scala globale», osserva Prisle.
L’impatto delle proprietà specifiche delle superfici sugli effetti degli aerosol
SURFACE, che è stato condotto presso l’Università di Oulu(si apre in una nuova finestra) in Finlandia, ha dimostrato l’evidente e significativo impatto esercitato dalle proprietà specifiche delle superfici sugli effetti degli aerosol, a tutti i livelli. «Credo che questi effetti potrebbero essere considerati delle impronte digitali», afferma la ricercatrice. «La nostra ricerca ha davvero aperto una nuova dimensione da prendere in considerazione, come la composizione chimica e le condizioni fisiche, quando interpretiamo e prevediamo gli effetti degli aerosol nell’atmosfera», conclude Prisle.
