Lo strano modo in cui la CO2 raffredda parte dell’atmosfera terrestre.

Ora, i ricercatori della Columbia University affermano di aver finalmente scoperto il meccanismo responsabile. Il loro nuovo studio spiega come l’anidride carbonica (CO₂ ₎ interagisca con diverse lunghezze d’onda della luce in modi che raffreddano l’atmosfera superiore e riscaldano il pianeta sottostante.

“Spiega un fenomeno che è una sorta di impronta digitale del cambiamento climatico, noto da decenni ma finora incompreso”, afferma Robert Pincus, professore ricercatore di fisica oceanica e climatica presso il Lamont-Doherty Earth Observatory, che fa parte della Columbia Climate School, e coautore dello studio pubblicato su Nature Geoscience .

Perché la CO2 raffredda la stratosfera

Vicino alla superficie terrestre, la CO₂ intrappola il calore che altrimenti si disperderebbe nello spazio, contribuendo al riscaldamento globale. Ma le condizioni sono molto diverse negli strati più alti dell’atmosfera.

Nella stratosfera, lo strato atmosferico che si estende da circa 11 km a 50 km sopra la superficie terrestre, la CO₂ si atmosferica comporta più come un sistema di raffreddamento. Le molecole assorbono l’energia infrarossa proveniente dal basso e poi rilasciano parte di quell’energia nello spazio. Con l’aumento dei livelli di CO₂ , la stratosfera diventa ancora più efficace nel disperdere il calore, causando un abbassamento delle temperature in quella zona.

Gli scienziati avevano previsto per la prima volta questo effetto negli anni ’60 attraverso i modelli climatici sviluppati dal climatologo Syukuro Manabe, il cui lavoro gli valse in seguito il Premio Nobel. Dalla metà degli anni ’80, la stratosfera si è raffreddata di circa 2 gradi Celsius. I ricercatori stimano che questo raffreddamento sia più di 10 volte maggiore di quanto sarebbe stato senza le emissioni di CO2 di origine _antropica .

Sebbene gli scienziati avessero compreso il concetto generale alla base del raffreddamento stratosferico, molti dei processi specifici rimanevano irrisolti.

“La teoria esistente era incredibilmente perspicace, ma al momento ci manca una teoria quantitativa per il raffreddamento stratosferico indotto dalla CO2 _” , afferma Sean Cohen, ricercatore post-dottorato presso il Lamont-Doherty Earth Observatory, che fa parte della Columbia Climate School, e autore principale dello studio.

La “zona ottimale” della luce infrarossa

Per risolvere l’enigma, Cohen ha collaborato con Pincus e Lorenzo Polvani, geofisico del Dipartimento di Fisica Applicata e Matematica Applicata della Columbia Engineering. Il team ha sviluppato modelli matematici che hanno identificato i principali processi alla base del raffreddamento stratosferico. Hanno confrontato ripetutamente i loro calcoli con simulazioni climatiche e dati osservativi, perfezionando le equazioni nel corso di diversi mesi fino a quando i modelli non si sono allineati con la realtà.

La loro ricerca ha evidenziato un fattore chiave: il modo in cui le molecole di CO₂ _{interagiscono} con la luce infrarossa, nota anche come radiazione a onda lunga.

Non tutte le lunghezze d’onda infrarosse si comportano allo stesso modo nell’atmosfera. I ricercatori hanno scoperto che alcune lunghezze d’onda sono particolarmente efficaci nel favorire il raffreddamento. Hanno definito questo intervallo altamente efficiente “zona ottimale”. Con l’aumento delle concentrazioni di CO₂ _, questa zona si allarga, incrementando l’efficienza di raffreddamento dell’atmosfera.

“Sono questi cambiamenti di efficienza che, in definitiva, determineranno il raffreddamento della stratosfera”, afferma Cohen.

I ricercatori hanno anche esaminato gli effetti dell’ozono e del vapore acqueo. Sebbene entrambi possano influenzare i processi di riscaldamento e raffreddamento nell’atmosfera, il loro impatto sul raffreddamento stratosferico si è rivelato relativamente piccolo rispetto a quello della CO₂ .

Come il raffreddamento stratosferico intensifica il riscaldamento sottostante

Le equazioni del team hanno riprodotto con successo diverse caratteristiche note dell’atmosfera. Hanno confermato le osservazioni che mostrano come il raffreddamento diventi più intenso con l’altitudine, con il massimo raffreddamento che si verifica vicino alla sommità della stratosfera. I calcoli hanno anche confermato che ogni raddoppio della CO₂ _porta a un raffreddamento di circa 8 gradi Celsius nella stratopausa, il limite superiore della stratosfera.

Lo studio evidenzia anche un importante meccanismo di retroazione climatica. Sebbene l’aumento della CO₂ _contribuisca a una maggiore efficacia dell’irradiazione termica della stratosfera, le conseguenti temperature più basse implicano che il sistema terrestre rilasci complessivamente meno energia infrarossa nello spazio. Ciò intensifica la ritenzione di calore in prossimità della superficie, accentuando il riscaldamento nella bassa atmosfera.

“Ecco un processo che conosciamo da oltre 50 anni e di cui avevamo una discreta comprensione qualitativa del funzionamento. Tuttavia, non comprendevamo i dettagli di ciò che effettivamente lo guidava a livello meccanicistico”, afferma Cohen.

Secondo Cohen e Pincus, la ricerca non mira tanto a dimostrare l’esistenza del cambiamento climatico, quanto piuttosto a migliorare la comprensione scientifica del funzionamento dell’atmosfera.

“Questo ci sta davvero dicendo cosa è essenziale”, afferma Pincus.

I risultati potrebbero avere applicazioni anche al di fuori della Terra. I ricercatori affermano che gli stessi principi potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio le atmosfere di altri pianeti e di esopianeti lontani.

“Forse potremo comprendere meglio cosa sta succedendo nelle stratosfere di altri pianeti del nostro sistema solare o di esopianeti”.