Svelare i misteri delle nuvole, una sfida cruciale per il clima

È descritto come “ la missione di ricerca più complessa » dell’Agenzia spaziale europea (ESA) Al giorno d’oggi. Lanciato in orbita il 29 maggio, il satellite EarthCARE dellaESA, progettato in collaborazione con l’agenzia spaziale giapponese, è dotato di quattro strumenti all’avanguardia. Per almeno tre anni saranno puntati sull’atmosfera terrestre per esaminare uno degli attori più importanti e misteriosi del clima: le nuvole.

“ Diversi satelliti hanno già studiato le nuvole in passato, ma, per la prima volta, grazie alla combinazione dei nostri strumenti, ne misureremo tutte le caratteristiche fisiche contemporaneamente. Questo è ciò che interessa ai ricercatorispiega Dominique Gillieron, responsabile dei progetti di osservazione della TerraESA, devono migliorare la loro modellazione e testare i modelli attuali. »

Perché le nuvole svolgono un ruolo assolutamente cruciale nel sistema climatico della Terra. Coprono circa due terzi del globo, creando un “ effetto parasole » giganti: riflettendo parte della radiazione solare verso lo spazio, ci proteggono dalla loro energia e rinfrescano il clima. Secondo il Programma Mondiale di Ricerca sul Clima, se tutte le nuvole scomparissero, la Terra potrebbe essere di 5°C più calda.

La figura è vecchia e dovrebbe essere presa con le pinze poiché comprendere la fisica delle nuvole è difficile. Ma dà un ordine di grandezza dell’influenza decisiva di quest’ultimo sulla temperatura globale. Per essere più precisi, i ricercatori stimano l’energia che riceviamo dal sole calcolando la potenza della radiazione ricevuta, in watt, per ogni metro quadrato di superficie terrestre (si nota W/m²). Le nuvole raffreddano così la Terra di circa 20 W/m². Confrontare con 4,5 W/m²che costituirà il surplus (già enorme) immagazzinato a causa dei gas serra da qui al 2100, nello scenario di riscaldamento medio di 3°C.

Incertezze climatiche

Il ruolo di raffreddamento delle nuvole è quindi cruciale. Problema: loro stessi sono sconvolti dal cambiamento climatico. Più il clima è caldo, meno le nuvole lo raffreddano. I ricercatori ora sanno con un alto grado di certezza, secondo l’ultimo rapporto dell’IPCC, che questo circolo vizioso amplifica il riscaldamento causato dall’uomo.

Quanto le nubi peggioreranno la situazione? ? Questa rimane una delle principali fonti di incertezza climatica per gli scienziati. Lui è “ probabile » che l’effetto complessivo delle nuvole aggiunge 0,12 W/m² a 0,72 W/m² per ciascun grado di riscaldamento, secondo l’IPCC, ma alcuni fenomeni beneficiano di un basso grado di confidenza. “ La diversità delle nuvole, la loro dimensione, il loro spessore ottico, la loro altitudine… tutto ciò contribuisce a generare incertezza »spiega Étienne Vignon, responsabile della ricerca CNRS presso il Laboratorio di Meteorologia Dinamica.

Per comprendere le sfide che devono affrontare gli scienziati del clima, dobbiamo immergere per un momento la testa tra le nuvole. L’atmosfera contiene permanentemente acqua sotto forma di gas, in proporzioni variabili. Ma la sua capacità di contenerla è limitata: quando raggiunge la saturazione, l’acqua in eccesso si condensa, trasformandosi in piccole goccioline liquide, o addirittura cristalli di ghiaccio, soprattutto a seconda delle condizioni di pressione e temperatura. Queste goccioline e cristalli formano le nuvole.

Effetto ombrellone contro effetto serra

Semplice ? Solo che queste nuvole non hanno solo un effetto parasole. Contribuiscono inoltre all’effetto serra, cioè al riscaldamento della Terra assorbendo ed emettendo radiazioni infrarosse (vedi grafico sotto). Effetto ombrellone rinfrescante da un lato, effetto serra riscaldante dall’altro, quale dei due effetti prevale ? Dipende dalle nuvole.

In particolare possono contenere una proporzione variabile di goccioline liquide e cristalli di ghiaccio, il che ha un’influenza importante alle latitudini temperate perché le goccioline hanno un maggiore potere riflettente. Anche la dimensione delle goccioline e la forma dei cristalli giocano un ruolo importante.

Nei cumuli, nubi calde e basse ad un’altitudine massima di 2 o 3 km, spesso molto spesse, domina l’effetto parasole rinfrescante. Al contrario, i cirri, che fluttuano molto più in alto nella troposfera, fino a 14 km, sono molto sottili, bloccano molto meno i raggi del sole e lì l’effetto serra è dominante, la loro influenza climatica è quindi riscaldante.

Circuiti di feedback sul clima

Il cambiamento climatico sta sconvolgendo questi equilibri in tutte le direzioni. L’aumento delle temperature farà aumentare l’altitudine dei cirri, che rafforzeranno le loro caratteristiche di riscaldamento. Altri processi possono avere effetti opposti. “ Con il riscaldamento, ci aspettiamo di avere meno ghiaccio e una percentuale crescente di goccioline nelle nuvole nelle regioni alle medie latitudini, quindi un aumento dell’effetto parasole e un effetto di raffreddamento »sottolinea Étienne Vignon.

Al contrario, il ricercatore sta anche lavorando alla modellazione delle nuvole nell’Oceano Artico e, lì, il circolo vizioso potrebbe peggiorare il riscaldamento. “ In autunno, il ghiaccio marino diventa sempre più piccolo, determinando una maggiore evaporazione dall’oceano e quindi una maggiore formazione di nubi a basse altitudini. Questi causano molto effetto serra », Egli ha detto. Dato che in autunno in questa regione c’è poco sole, l’effetto ombrellone non gioca un ruolo importante. L’effetto serra, al contrario, accelera lo scioglimento del ghiaccio marino, accelerando ulteriormente il riscaldamento in un circolo vizioso deleterio.

Questi due effetti contraddittori rimangono poco compresi e difficili da quantificare. Soprattutto, rappresentano solo una piccola parte delle interazioni climatiche che coinvolgono le nuvole. A ciò va aggiunta l’evoluzione complessiva della copertura nuvolosa (ad ogni grado di riscaldamento l’atmosfera può contenerne 7 % di acqua in più), la distribuzione delle nuvole (l’effetto parasole copre una superficie maggiore con nuvole molto sparse che con nuvole molto concentrate), la velocità con cui queste nuvole si trasformano in pioggia e scompaiono, la difficoltà di anticiparne la presenza nuvole di giorno o di notte (in assenza di sole, l’effetto parasole è assente e di notte prevale l’effetto serra), ecc.

“ In Antartide l’effetto parasole non ha alcun ruolo poiché la superficie bianca e ghiacciata riflette già molto bene il sole. Ma se il ghiaccio si scioglie e rivela un terreno più scuro, l’effetto parasole delle nuvole diventa molto più importante.spiega Christoph Kittel, ricercatore di climatologia presso l’Università di Grenoble Alpes. A seconda della quota di ghiaccio e acqua liquida nella nuvola, anche le conseguenze cambiano completamente. A seconda del modello di nube utilizzato, il futuro dello scioglimento globale in Antartide varia da 50 % nello scenario peggiore. I punti critici sono possibili ma ancora poco conosciuti. »

Sfide di modellazione

Questa è l’altra difficoltà che incontrano i ricercatori: oltre alla complessità delle nuvole, c’è quella di modellarle nei loro computer. “ I nostri modelli funzionano molto bene e abbiamo buone indicazioni sull’evoluzione media del clima. Ma permangono forti disparità tra i modelli, in particolare sulle numerose incertezze legate alle nuvole e resta ancora molto lavoro scientifico da fare sulla parametrizzazione »nota Étienne Vignon.

Da qui l’interesse a continuare e perfezionare le osservazioni, come fa il satellite EarthCARE. Oltre ad interessarsi alla fisica delle nubi e alla loro radiazione termica, gli strumenti delESA si concentrerà su “ precursori delle nuvole ». Perché se l’acqua condensa quando l’atmosfera è satura, la formazione delle nubi è favorita dalla presenza di polvere, sale marino, combustibili fossili, polline o altre particelle attorno alle quali si agglomeranno goccioline e cristalli.

Tuttavia, la presenza di questi aerosol nell’aria è essa stessa interrotta dai cambiamenti climatici e aggiunge un ulteriore livello di complessità alla comprensione dei cambiamenti climatici. “ L’evoluzione delle tempeste nel Sahara può, ad esempio, sollevare più sabbia, l’evoluzione della vegetazione o la fioritura anticipata legate al riscaldamento possono modificare la distribuzione dei pollini, tempeste marine più frequenti portano sali nell’atmosfera, per non parlare degli inquinanti industriali e fossili combustibili »elenca Dominique Gilliéron.

“ Questi cambiamenti negli aerosol favoriranno la formazione di cirri che aumentano l’effetto serra o di cumuli con un effetto rinfrescante? ? » chiede. I modelli potrebbero aver affinato la loro risposta in tre o quattro anni, quando il satellite avrà completato la sua missione. Fino ad allora, rimane una certezza su cui i climatologi insistono instancabilmente: più gas serra emettiamo, più sprofondiamo nelle nebbie di un disastro catastrofico.