Climatologia

Nuovo studio fortifica la teoria Cosmoclimatologica di Svensmark

"Il risultato aggiunge un tasselo alla nostra teoria che i raggi cosmici provenienti dalla galassia sono direttamente coinvolti nei processi climatici della Terra", afferma Henrik Svensmark, autore principale del nuovo rapporto.

In questa immagine una simulazione di ciò che potrebbe accadere in atmosfera, con l'esperimento sky2 del DTU che mostra cluster molecolari (punti rossi) che non riescono a crescere abbastanza per fornire un numero significativo di "nuclei di condensazione per le nuvole" (CCN) con più di 50 nanometri di diametro. Questo è ciò che le teorie esistenti prevedono. Ma quando l'aria nella camera è esposta ai raggi ionizzanti che simulano l'effetto dei raggi cosmici, i cluster (punti blu) crescono con molto più vigore alle dimensioni adatte per aiutare le gocce d'acqua a formare le nuvole. (Un nanometro è un milionesimo di millimetro)

Nel 1996 i fisici danesi suggerirono che i raggi cosmici, particelle energetiche provenienti dallo spazio, sono importanti nella formazione delle nuvole. Da allora, gli esperimenti a Copenaghen hanno dimostrato che i raggi cosmici effettivamente aiutano piccoli gruppi di molecole a formarsi. Ma l'ipotesi raggi cosmici/ formazione delle nuvole sembrava imbattersi in un problema quando le simulazioni numeriche della teoria chimica prevalente indicavano un fallimento nella crescita .

Fortunatamente la teoria chimica può anche essere testata sperimentalmente, come è stato fatto con sky2, la camera in cui sono detenuti 8 metri cubi di aria e tracce di altri gas. Una serie di esperimenti ha confermato il pronostico sfavorevole a che i nuovi cluster non riuscirebbero a crescere sufficientemente per essere influenti sulle nuvole. Ma un'altra serie di esperimenti, che utilizza radiazioni ionizzanti, ha dato un risultato molto diverso, come visibile nella figura allegata.

Le reazioni in corso in aria, sopra le nostre teste, riguardano per lo più le molecole banali. Durante le ore di luce, i raggi ultravioletti del sole incoraggiano il biossido di zolfo a reagire con l'ozono e il vapore acqueo, per produrre acido solforico. I grappoli di interesse per la formazione delle nubi consistono principalmente in acido solforico e molecole di acqua, insieme a blocchi in un numero molto grande che crescono con l'aiuto di altre molecole.

Chimici atmosferici hanno assunto che quando i grappoli hanno raccolto il rendimento giornaliero, si fermano nella crescita, e solo una piccola parte può diventare abbastanza grande da essere meteorologicamente rilevante. Eppure nell'esperimento sky2, con i raggi cosmici naturali e i raggi gamma a mantenere l'aria nella camera ionizzata, tale interruzione si verifica. Questo risultato suggerisce che un altro processo chimico sembra fornire le molecole supplementari necessarie per mantenere i cluster in crescita.

"Il risultato aumenta la nostra teoria che i raggi cosmici provenienti dalla galassia sono direttamente coinvolti nel clima della Terra e del clima", afferma Henrik Svensmark, autore principale del nuovo rapporto. "In esperimenti nel corso di molti anni, abbiamo dimostrato che i raggi ionizzanti contribuiscono a formare piccoli cluster molecolari. I critici hanno sostenuto che i cluster non possono crescere abbastanza da influenzare la formazione di nubi in modo significativo. Ma la nostra attuale ricerca, di cui il segnalato esperimento sky2 costituisce solo uno parte, è in contraddizione con il loro punto di vista convenzionale."

La storia di cui sopra si basa su materiali forniti dal Politecnico della Danimarca (DTU) .

Response of cloud condensation nuclei (>50 nm) to changes in ion-nucleation

•Misurare l'effetto della ionizzazione sulla formazione di cluster di grandi dimensioni (> 50 nm).
•I cluster prodotti dalla ionizzazione crescono tutti fino a diametri maggiori di 50 nm.
•I risultati sperimentali in contrasto con la precedente modellazione e teoria.

Estratto:

Negli esperimenti in cui la luce ultravioletta produce aerosol di tracce di ozono, biossido di zolfo e vapore acqueo, l'aumento relativo di aerosol prodotto dalla ionizzazione di sorgenti gamma è costante da nucleazione per diametri maggiori di 50 nm, adeguate per i nuclei di condensazione per le nuvole. Questo risultato contraddice sia gli esperimenti di controllo su ioni liberi e modelli teorici, che prevedono anche un calo nella risposta alle particelle di dimensioni più grandi. Questo imprevisto sperimentale trova punti di un processo non incluso negli attuali modelli teorici, possibilmente una formazione di ioni indotta da acido solforico in piccoli gruppi.

Fig. 1. Schema dell'esperimento sky2.

Fig. 2. Durante un tipico funzionamento sperimentale, con un numero di densità delle particelle di aerosol con diametro crescente osservate come funzione del tempo (studi dinamici). Nel pannello di sinistra: 3-10 nm (nero), 10-20 nm (viola), 20-30 nm (blu scuro). Nel pannello centrale: 30-40 nm (azzurro), 40-50 nm (verde), 50-60 nm (giallo). Nel pannello di destra: 60-68 nm (rosso). A ≈ 19,2 giorni in cui le sorgenti gamma sono state aperte per aumentare la ionizzazione come descritto nel testo, un aumento nella densità di aerosol si verificò immediatamente con curva 3-10 nm (nero). Successivamente le densità nell'aumento di numero si sono propagate lentamente alle più grandi dimensioni dell'aerosol, come indicato dalla freccia inclinata. Si noti che il numero di particelle nel primo scomparto (3-10 nm) è relativamente bassa a causa di una minore sensibilità dello strumento nei più piccoli aerosol. le curve nere sono una media per 67,5 minuti.

Fig. 3. Risposta stazionaria ad un cambiamento di nucleazione in funzione del diametro delle particelle, normalizzato al numero della particella prima di due tipi di perturbazioni. (A) da aumento indotto da ione nella nucleazione. I cerchi blu sono i risultati sperimentali in media su cinque funzionamenti. La curva rossa è un tipico risultato di una simulazione numerica della situazione sperimentale utilizzando un modello numerico standard dell'aerosol. Si noti che la risposta attesa dalla modellazione diminuisce fortemente con il diametro particellare in contrasto con i risultati sperimentali. Un accordo migliore è visto con una simulazione numerica della curva nera, dove la concentrazione di acido solforico viene mantenuta costante. (B) esperimento di controllo in cui l'aumento della concentrazione di particelle avviene mediante iniezione degli aerosol ultra-fini acquosi di H2SO4 (≈ 6-8 nm) sotto intensità UV costante e concentrazioni di gas in traccia, e nessuna fonte di ionizzazione gamma. Si noti che in questo caso la risposta (cerchi rossi) diminuisce al crescere della dimensione dell'aerosol. Le barre di errore sono ± 1 - σ errori.

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