Ci sono meno nuclei di ghiaccio nell’aria sopra le grandi superfici ghiacciate dell’Antartide che in qualsiasi altra parte del mondo. Questa è la conclusione a cui è giunto un team di ricerca internazionale guidato dal Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) sulla base di misurazioni filtrate di particelle di nubi in tre località dell’Antartide. Si tratta dei primi dati del loro genere sul continente. I dati colmano una lacuna nella conoscenza e potrebbero spiegare l’elevata percentuale di acqua liquida sopraffusa nelle nubi della regione polare meridionale. Le nubi contenenti goccioline d’acqua liquida riflettono la luce solare più intensamente rispetto alle nubi contenenti ghiaccio. Un minor numero di nuclei di ghiaccio e meno ghiaccio nelle nubi potrebbe contribuire al fatto che l’emisfero australe si riscaldi meno di quello settentrionale, scrivono i ricercatori sulla rivista Geophysical Research Letters.
È noto da tempo che le nubi sopra l’Oceano Antartico intorno all’Antartide contengono più acqua e meno ghiaccio rispetto alle nubi comparabili nell’emisfero settentrionale. Tuttavia, senza dettagli sulle cause e sulle serie di misurazioni, i modelli climatici basati sui dati dell’emisfero settentrionale non possono essere modificati.
Le misurazioni dei nuclei di ghiaccio forniscono ora un dettaglio importante in questo senso. Ulteriori dati saranno forniti dai voli del velivolo di ricerca tedesco HALO, la cui missione HALO-South si è conclusa in Nuova Zelanda a metà ottobre, nonché da una serie di spedizioni antartiche pianificate per il 2026-2030 nell’ambito del grande progetto di ricerca internazionale Antarctica InSync.
Le nuvole nei modelli climatici
Le nuvole continuano a essere la principale fonte di incertezza nei modelli climatici. Il ghiaccio nelle nuvole gioca un ruolo fondamentale, poiché i processi di formazione del ghiaccio influenzano le proprietà della radiazione, la formazione delle precipitazioni e, di conseguenza, la durata di vita delle nuvole. La formazione del ghiaccio è resa possibile dalle cosiddette particelle nucleatrici del ghiaccio (INP).
Le INP agiscono da catalizzatori, poiché senza queste particelle, le goccioline nelle nuvole congelano solo al di sotto dei -38°C. In particolare, sopra l’Oceano Antartico, intorno all’Antartide, dove le concentrazioni di nuclei di ghiaccio sono basse nell’atmosfera pulita, sono state osservate grandi differenze negli effetti della radiazione tra modelli e misurazioni. Per questo motivo, i nuclei di ghiaccio sono diventati il fulcro della ricerca sulle nuvole.
Come vengono misurati i nuclei di ghiaccio in Antartide
A livello globale, le particelle di polvere minerale costituiscono la maggior parte dei nuclei di ghiaccio a basse temperature. A temperature più elevate, tuttavia, i nuclei di ghiaccio sono per lo più di origine biologica e contengono proteine o polisaccaridi. Poiché l’attività biologica è maggiore in estate che in inverno, in molte regioni si può osservare un chiaro ciclo annuale con un massimo in estate e un minimo in inverno. I ricercatori sono stati in grado di osservare queste fluttuazioni stagionali anche nell’Artico, ma non in Antartide.
Finora non erano disponibili dati concreti sull’Antartide. Per lo studio, le particelle di aerosol sono state raccolte utilizzando filtri in Antartide, conservate a -20°C e infine esaminate per i nuclei di ghiaccio nel laboratorio TROPOS di Lipsia. Per fare ciò, i ricercatori hanno utilizzato due dispositivi, LINA (Leipzig Ice Nucleation Array) e INDA (Ice Nucleation Droplet Array), che contano otticamente il numero di nuclei di ghiaccio nell’atmosfera a diverse temperature. Questo metodo standardizzato consente di determinare dove sono presenti più nuclei di ghiaccio in atmosfera e dove sono presenti meno.
La maggior parte dei campioni esaminati proveniva dalla stazione antartica tedesca Neumayer III, dove sono stati raccolti dati relativi a due anni completi tra dicembre 2019 e 2021. Neumayer III si trova sulla piattaforma di ghiaccio Eckström, a circa 20 chilometri dal bordo del ghiaccio. La serie temporale ottenuta è unica fino ad oggi e particolarmente preziosa grazie alle misurazioni effettuate durante l’inverno australe.
I ricercatori hanno anche potuto analizzare campioni di filtri prelevati durante le estati australi del 2020/21 e 2021/22 presso la stazione antartica belga Princess Elisabeth, situata su una catena montuosa a un’altitudine di circa 1.400 metri e a 200 chilometri dal mare. L’analisi ha incluso anche campioni di filtri provenienti dalla spedizione spagnola PI-ICE, che aveva studiato l’atmosfera sopra la Penisola Antartica e la stazione antartica spagnola Juan Carlos I sull’isola di Livingston durante l’estate australe del 2018/19.
Risultati chiave delle misurazioni antartiche
“A nostra conoscenza, non è mai stata disponibile una serie temporale così lunga di filtri da cui siano state determinate le INP sulla terraferma antartica. Nel 2023, i ricercatori cinesi hanno raccolto campioni di neve durante un’escursione in slitta, ma questi consentono di trarre solo conclusioni indirette sui nuclei di ghiaccio. Le nostre misurazioni dirette ed estese sono quindi una novità per il continente antartico“, afferma la Dott.ssa Heike Wex di TROPOS.
Il numero di nuclei di ghiaccio al di sopra del mare nella Penisola Antartica era paragonabile a precedenti misurazioni in altre località dell’Oceano Antartico. Tuttavia, le due stazioni antartiche Neumayer III e Princess Elisabeth hanno mostrato valori più bassi che mai. Ciò che è stato particolarmente sorprendente nelle misurazioni effettuate nell’arco di 24 mesi dalla stazione antartica tedesca Neumayer III è stata l’assenza di variazioni stagionali nel numero di nuclei di ghiaccio, né la presenza di nuclei di ghiaccio sensibili al calore nei campioni.
“Questo indica generalmente pochissimi nuclei di ghiaccio contenenti proteine biogene, il che è probabilmente correlato al basso livello di attività biologica nel continente antartico, che – se presente – si trova solo vicino alla costa in estate“, spiega Wex. Poiché l’Antartide rilascia pochi nuclei di ghiaccio nell’atmosfera a causa della mancanza di fonti di polvere e di attività biologica, anche il numero di nuclei di ghiaccio al di sopra dell’Oceano Antartico intorno all’Antartide è relativamente basso.
Questo potrebbe spiegare l’elevata percentuale di goccioline sopraffuse nelle nubi, che rimangono liquide e non congelano a causa dell’assenza di nuclei di ghiaccio. La percentuale di acqua e ghiaccio nelle nuvole, a sua volta, influenza le proprietà della radiazione e potrebbe contribuire al riscaldamento dell’emisfero australe in misura minore rispetto a quello boreale.
Implicazioni per i modelli climatici e la ricerca futura
“I nostri risultati forniscono dati importanti che possono contribuire a migliorare la comprensione e, di conseguenza, anche i modelli climatici globali. Inoltre, la concentrazione di nuclei di ghiaccio in Antartide potrebbe aumentare a causa del riscaldamento globale, poiché il ritiro dei ghiacciai espone più territorio alla vegetazione e la biosfera potrebbe diventare più attiva. Pertanto, determinare lo stato attuale può essere utile per valutare i potenziali impatti dei cambiamenti futuri”, riferisce la Dott.ssa Silvia Henning di TROPOS.
Dalle misurazioni effettuate a Neumayer III, il team è stato in grado di derivare una parametrizzazione che potrebbe essere utilizzata per prevedere i nuclei di ghiaccio a Princess Elisabeth e che può quindi essere utilizzata per la modellazione, almeno per questa parte dell’Antartide. Studi futuri nel periodo 2027-2030, nell’ambito del grande progetto di ricerca internazionale Antarctica InSync, mostreranno se questo vale anche per altre regioni del continente antartico.
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