Alta Atmosfera

Approfondimento

Raffreddamento della stratosfera

Il raffreddamento della stratosfera non è solo il risultato della distruzione dell'ozono ma è anche causato dal rilascio di anidride carbonica nella troposfera. Perciò, il riscaldamento globale nella troposfera e il raffreddamento della stratosfera causato della perdita di ozono sono effetti paralleli. Se aumenta il raffreddamento, lo sviluppo dello strato di ozono può esserne influenzato in quanto per la deplezione dell'ozono è necessaria una stratosfera molto fredda.
  

Perciò il rilascio di più anidride carbonica potrebbe non solo aumentare il riscaldamento globale ma potrebbe anche contribuire alla formazione del buco dell'ozono. I processi coinvolti sono abbastanza complicati, perciò qui cercheremo di fornire solo una visione d'insieme.
 

La stratosfera si sta raffreddando?

E' certamente più difficile misurare la temperatura nella stratosfera che nella troposfera dove esiste una fitta rete di stazioni di misura. Esistono però anche misure della temperatura stratosferica grazie all’utilizzo di palloni meteorologici, sonde a microonde, sonde a razzo, LIDAR e satelliti. La maggior parte di queste misure va indietro nel tempo di due o tre decenni al massimo e i dati sono piuttosto ambigui.

Sembra che la bassa stratosfera si stia raffreddando di circa 0,4 °C ogni decennio. Questo andamento è interrotto da grandi eruzioni vulcaniche che causano un temporaneo riscaldamento della stratosfera e durano da uno a due anni. I calcoli effettuati dai diversi gruppi di ricercatori hanno dimostrato che la tendenza del raffreddamento per gli ultimi due decenni del XX secolo (1979-2000) è stata più significativa di quella del periodo precedente (1958-1978). Tuttavia, dopo il 2000 questo andamento non sembra continuare.
 

Perché la stratosfera si raffredda?

Ci sono diverse ragioni per cui la stratosfera si sta raffreddando. Le due meglio conosciute sono:

1) la deplezione dell'ozono stratosferico
2) l'aumento dell'anidride carbonica atmosferica.

Raffreddamento dovuto alla deplezione dell'ozono

Il primo effetto è facile da capire. Meno ozono causa un minor assorbimento di radiazione ultravioletta proveniente dal sole. Di conseguenza, nella stratosfera la radiazione solare non è convertita in radiazione termica. Perciò il raffreddamento dovuto alla deplezione dell'ozono è semplicemente una riduzione del riscaldamento che segue una diminuzione dell’assorbimento di radiazione ultravioletta. Nella bassa stratosfera l'ozono agisce anche come gas serra . Meno ozono significa meno assorbimento di radiazione termica infrarossa e perciò meno calore intrappolato.

Ad un'altitudine di circa 20 km, gli effetti della radiazione ultravioletta e infrarossa sono circa equivalenti. Salendo nell'atmosfera i livelli di ozono diminuiscono ma nell'aria sono presenti anche altri gas serra che devono essere presi in considerazione.
 

Raffreddamento dovuto all'effetto serra

Il secondo effetto è più complicato. I gas serra (CO₂, O₃, CFC) assorbono la radiazione infrarossa proveniente dalla superficie della Terra e intrappolano il calore nella troposfera. Se questo assorbimento è veramente forte, i gas serra intrappolano vicino alla superficie terrestre la maggior parte della radiazione infrarossa in uscita. Questo significa che solo una piccola quantità della radiazione infrarossa in uscita entra in contatto con l'anidride carbonica che si trova nell'alta troposfera e nella bassa stratosfera. D'altro canto, l'anidride carbonica presente nella stratosfera emette una radiazione termica che è dispersa nello spazio. Nella stratosfera, questa emissione di calore diventa maggiore dell'energia ricevuta dagli starti più bassi tramite l'assorbimento e, di conseguenza, c'è una perdita netta di energia dalla stratosfera e un conseguente raffreddamento. Altri gas serra, come l'ozono e clorofluorocarburi (CFC), hanno un impatto più debole perché le loro concentrazioni nella troposfera sono molto più basse. Non riescono a bloccare completamente tutto l'intervallo di lunghezze d'onda della radiazione elettromagnetica, perciò una parte raggiunge la stratosfera dove può essere assorbita e, di conseguenza, scaldare questa regione dell'atmosfera.

Dove avviene il raffreddamento?

L'impatto della diminuzione delle concentrazioni di ozono è maggiore nella bassa stratosfera, ad un'altitudine di circa 20 km, mentre l’aumento di anidride carbonica causa il maggior raffreddamento ad altitudini tra 40 e 50 km (Figura 3).Tutti questi diversi effetti significano che alcune parti della stratosfera si stanno raffreddando più di altre.

4. Andamenti del raffreddamento della stratosfera a diverse altitudini. Fonte: Ramaswamy et al., Reviews of Geophysics, Feb. 2001.

Altri fattori

E' possibile che il riscaldamento dovuto ai gas serra possa disturbare il riscaldamento della stratosfera Artica modificando le onde planetarie. Queste onde sono innescate dalla struttura della superficie dell'emisfero settentrionale (catene montuose come l'Himalaya, o l'alternanza di terra e mare). Studi recenti mostrano che anche l’aumento delle concentrazione di vapore acqueo in stratosfera potrebbero avere un significativo effetto raffreddante, paragonabile all'effetto dovuto alla perdita dell'ozono.

Conclusioni

Sappiamo che il raffreddamento della stratosfera e il riscaldamento della troposfera sono strettamente connessi e che l'anidride carbonica ha un ruolo importante in entrambi i processi. Attualmente, tuttavia, la nostra comprensione del raffreddamento stratosferico non è completa e devono essere svolte ulteriori ricerche. Ciò nonostante sappiamo già che il raffreddamento della stratosfera, osservato e previsto, rende più probabile la formazione di un buco dell'ozono anche sull’Artico. 

A proposito di questa pagina:

autore: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany
1. revisione scientifica: Dr. Wolfgang Steinbrecht - German Meteorological Service
2. revisione scientifica: Dr. Christoph Bruhl - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-11
ultima pubblicazione: 2004-05-11