Le nuvole si formano quando il vapore acqueo – un gas invisibile nell’atmosfera – si attacca a minuscole particelle galleggianti, come la polvere, e si trasforma in goccioline d’acqua liquide o cristalli di ghiaccio. In uno studio pubblicato di recente, dimostriamo che le particelle microplastiche possono avere gli stessi effetti, producendo cristalli di ghiaccio a temperature da 5 a 10 gradi Celsius (da 9 a 18 gradi Fahrenheit) superiori rispetto alle goccioline senza microplastiche.
Ciò suggerisce che le microplastiche presenti nell’aria possono influenzare il tempo e il clima producendo nuvole in condizioni in cui altrimenti non si formerebbero.
Siamo chimici atmosferici che studiano come diversi tipi di particelle formano il ghiaccio quando entrano in contatto con l’acqua liquida. Questo processo, che avviene costantemente nell’atmosfera, è chiamato nucleazione.
Le nuvole nell’atmosfera possono essere costituite da goccioline d’acqua liquide, particelle di ghiaccio o una miscela di entrambi. Nelle nubi dell’atmosfera medio-alta, dove le temperature sono comprese tra 0 e meno 38 C (32 e meno 36 F), i cristalli di ghiaccio si formano normalmente attorno a particelle di polvere minerale proveniente da terreni asciutti o particelle biologiche, come pollini o batteri.
Le microplastiche sono larghe meno di 5 millimetri, o le dimensioni di una gomma da matita. Alcuni sono microscopici. Gli scienziati li hanno trovati nei mari profondi dell’Antartide, sulla vetta del Monte Everest e nella neve fresca dell’Antartide. Poiché questi frammenti sono così piccoli, possono essere facilmente trasportati nell’aria.
L’importanza del ghiaccio
Il ghiaccio nelle nuvole ha effetti significativi sul tempo e sul clima, poiché la maggior parte delle precipitazioni inizia solitamente con particelle di ghiaccio.
Nelle aree non tropicali di tutto il mondo, molte nubi si estendono abbastanza in alto nell’atmosfera tanto che l’aria fredda fa congelare parte della loro umidità. Una volta formato, il ghiaccio attira vapore acqueo dalle goccioline liquide che lo circondano e i cristalli diventano abbastanza pesanti da cadere. Se il ghiaccio non si forma, le nuvole tendono ad evaporare invece di causare pioggia o neve.
I bambini imparano alle scuole elementari che l’acqua ghiaccia a 0°C, ma questo non è sempre vero. In assenza di qualcosa a cui attaccarsi, come le particelle di polvere, l’acqua può essere superraffreddata a temperature fino a meno 36 F (meno 38 C) prima del congelamento.
Affinché il congelamento avvenga a temperature più calde, nella gocciolina deve essere presente un materiale che non si dissolve in acqua. Questa particella fornisce una superficie dove può formarsi il primo cristallo di ghiaccio. La presenza di microplastiche può portare alla formazione di cristalli di ghiaccio, che potrebbero aumentare la pioggia o la nevicata.
Le nuvole influenzano anche il tempo e il clima in diversi modi. Riflettono la luce solare in entrata dalla superficie terrestre, che ha un effetto di raffreddamento, e assorbono parte della radiazione emessa dalla superficie terrestre, che ha un effetto di riscaldamento.
La quantità di luce solare riflessa dipende dalla quantità di acqua liquida o ghiaccio nella nuvola. Se le microplastiche aumentassero la presenza di particelle di ghiaccio nelle nuvole rispetto alle gocce d’acqua liquida, questo cambiamento nel rapporto potrebbe alterare l’effetto delle nuvole sul bilancio energetico della Terra.
Come abbiamo lavorato
Per determinare se i frammenti di microplastica potessero fungere da nuclei per le goccioline d’acqua, abbiamo utilizzato quattro dei tipi di plastica più comuni nell’atmosfera: polietilene a bassa densità, polipropilene, cloruro di polivinile e polietilene tereftalato. Ciascuno è stato testato allo stato puro e dopo l’esposizione ai raggi ultravioletti, all’ozono e agli acidi. Tutti questi elementi sono presenti nell’atmosfera e potrebbero influenzare la composizione delle microplastiche.
Abbiamo sospeso le microplastiche in piccole goccioline d’acqua che abbiamo raffreddato lentamente per osservarle congelare. Abbiamo anche analizzato le superfici dei frammenti di plastica per determinarne la struttura molecolare, perché la nucleazione del ghiaccio potrebbe dipendere dalla chimica superficiale delle microplastiche.
Per la maggior parte delle plastiche studiate, il 50% delle goccioline sono state congelate quando raffreddate a meno 8 F (meno 22 C). Questi risultati corrispondono a quelli di un altro recente studio condotto da scienziati canadesi, che hanno anche scoperto che alcuni tipi di microplastiche producono ghiaccio a temperature più calde rispetto alle goccioline senza microplastiche.
L’esposizione alla luce ultravioletta, all’ozono e agli acidi tendeva a diminuire l’attività di nucleazione del ghiaccio sulle particelle. Ciò suggerisce che la nucleazione del ghiaccio è sensibile a piccoli cambiamenti chimici sulla superficie delle particelle microplastiche. Tuttavia, queste plastiche continuano a formare nuclei di ghiaccio e quindi potrebbero ancora influenzare la quantità di ghiaccio nelle nuvole.
Quello che ancora non sappiamo
Per capire come le microplastiche influenzano il tempo e il clima, dobbiamo conoscere la loro concentrazione alle altitudini in cui si formano le nuvole. Dobbiamo anche conoscere la concentrazione di microplastiche rispetto ad altre particelle che possono nucleare il ghiaccio, come polvere minerale e particelle biologiche, per determinare se le microplastiche sono presenti a livelli comparabili. Queste misurazioni ci permetterebbero di modellare l’impatto delle microplastiche sulla formazione delle nuvole.
I frammenti di plastica sono disponibili in varie dimensioni e composizioni. Nella nostra ricerca futura, prevediamo di lavorare con materie plastiche contenenti additivi, come plastificanti e coloranti, nonché particelle di plastica più piccole.
Miriam Freedman, Professore di Chimica, Pen State e Heidi Busse, dottoranda in Chimica, Pen State
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
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