Qualcosa di veramente strano sta capitando nella mesosfera terrestre, la parte dell'atmosfera compresa tra i 50 e gli 80 km d'altezza (più o meno). Si vedono bellissime nubi nottilucenti... No, il mistero non è questo, ma il fatto che se ne vedono troppe!

Prima di parlare del mistero odierno, penso sia doveroso rispolverare quanto già abbiamo scritto sulle nubi nottilucenti nelle pagine del Circolo (meglio che un semplice link). Tanto che ci siamo, richiamiamo anche le nubi iridescenti e così facciamo un bel quadro della nostra grande "ignoranza" relativa all'atmosfera terrestre. E poi vorremmo creare modelli sul prossimo clima senza conoscerne le basi? Prima studiamo e poi parliamo... questo dovrebbe succedere in un mondo che giri nel verso giusto...

 

NUBI NOTTILUCENTI

Il satellite AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) è stato lanciato nel 2007, ma il suo scopo recondito non è mai stato divulgato ai media, per cui la conferma dei risultati delle sue rilevazioni è giunta praticamente inaspettata.

Sorgenti SICURAMENTE aliene sono state osservate direttamente e lasciano ben pochi dubbi sulla loro identificazione. Anche l’intero meccanismo di formazione dei segnali luminosi è ormai quasi completamente compreso. I visitatori dello spazio hanno dimensioni estremamente ridotte (meno di un milionesimo di millimetro), ma talmente numerosi che ogni giorno arrivano sul nostro pianeta tonnellate di corpi alieni. Il loro numero è sufficiente per stabilire stretti contatti con materiale di origine terrestre, soprattutto l’acqua.

Beh… tornando seri, non ho certo parlato di UFO e ho anche detto cose essenzialmente vere. Gli amici di cui parlo sono veramente alieni, ma non sono altro che i grani della polvere interplanetaria, il residuo dei meteoroidi che impattano continuamente la nostra atmosfera e rilasciano minutissimi frammenti solidi anche nei suoi strati più alti, come la mesosfera.

Prima di proseguire vediamo brevemente nella Fig. 1, uno schema della nostra atmosfera e della sua temperatura.

Come si vede bene, la mesosfera e la mesopausa sono le zone nettamente più fredde e questo è il primo punto da tenere in considerazione. Quando e dove questo strato molto rarefatto raggiunge la temperatura minore? Sembrerebbe un assurdo (a prima vista) ma la stagione migliore è a cavallo del solstizio d’estate o d’inverno, a seconda che si consideri l’emisfero nord o sud. Sì, fa più freddo durante l’inizio dell’estate e non è un controsenso, in quanto esistono ragioni di tipo geometrico e di bilanciamento di temperatura e correnti che giocano in tale direzione.

Non andiamo per il sottile e crediamoci (non possiamo sconfinare troppo nella fisica dell’atmosfera…). Inoltre, la zona più influenzata da questo minimo di temperatura è quella compresa grosso modo tra i 50 e i 70 gradi di latitudine (nord e sud). Le zone più a nord (o più a sud) sono sfavorite dato che i raggi di taglio del Sole giungono continuamente. Quelle più  a sud (o a nord) non raggiungono temperature sufficientemente basse nella loro mesosfera. Primo punto quindi è che ci si trovi nel punto e nel momento giusto. Sì, ma per vedere cosa? Il favoloso e irreale spettacolo delle nubi nottilucenti.

Esse, perciò, si originano nella fredda mesosfera (a volte si arriva fino a -120°C) e sono legate a un certo periodo dell’anno e a certe latitudini. Come dice lo stesso loro nome sono “nuvole” e quindi devono seguire i processi formativi di quelle ben più note e ben più basse. Come si formano le nuvole? In modo molto simile alle perle! E’ necessario che una qualche impurità entri nel mollusco e intorno a questa venga costruita la struttura sferica tanto luminosa e tanto ricercata. Un’autodifesa o qualcosa del genere; ai gioiellieri interessa poco: preferiscono il risultato.

Per le nuvole è lo stesso. E’ necessaria una qualche impurità sospesa nell’aria (in genere polvere, ma anche microrganismi) e immediatamente questa funge da catalizzatore e cattura goccioline d’acqua che cristallizzano attorno a lei, proprio come avviene nell’ostrica. Questo meccanismo prende il nome di nucleazione e permette di creare strutture cristalline sempre più estese (NEWS: anche i raggi cosmici possono fungere da catalizzatori per le formazioni nuvolose).

In Fig. 2 riportiamo uno schema delle nuvole “normali”.

Esse, generalmente, non superano i 12-14 000 metri d’altezza e assumono forme diverse e ben conosciute. A seconda delle condizione di formazione, i nuclei cristallizzati possono diventare troppo pesanti e cadere al suolo sotto forma di neve, pioggia e grandine. Le nuvole più alte sono normalmente i cirri, simili a pennellate bianche molto sottili e allungate. Ovviamente, per le altezze a cui si formano, sono visibili durante il giorno e poi spariscono con la prima oscurità.

E’ proprio in quel momento che iniziano ad apparire le nubi nottilucenti, incredibili drappeggi nuvolosi, estremamente sottili (le stelle si vedono perfettamente dietro di loro) dal colore normalmente blu elettrico: una visione davvero irreale e dall’apparenza aliena. Dopo circa un’ora dal tramonto del Sole raggiungono la massima luminosità.  In modo simile alla Stazione Spaziale che viene vista distintamente quando siamo già di notte, ma il Sole ancora la illumina. Così il Sole, già dietro all’orizzonte, riesce a illuminare, ancora a lungo, le nuvole che si formano tra i 50 e gli 80-100 chilometri d’altezza, come illustra la Fig. 3.

Perché sono blu e non bianche e grigie? Presto detto. I loro cristalli sono dalle 10 alle 100 volte più piccoli di quelli dei cirri e quindi permettono di essere “scavalcati” dalla luce a grandi lunghezze d’onda (arancione, rosso), mentre bloccano e rifrangono quelle a bassa lunghezza d’onda, proprio come il blu. Lo stesso motivo che ci fa vedere il cielo blu, a causa della rifrazione e diffusione della luce sui grani piccolissimi sospesi nella bassa atmosfera. Nelle nuvole più basse, i cristalli sono grandi e rifrangono tutte le lunghezze d’onda producendo luce bianca (una spiegazione semplicissima di come e perché ciò accade, la trovate QUI).

Torniamo ai nostri “alieni”. Beh, sicuramente esistono, dato che si vedono, soprattutto dalla stazione spaziale che non ha problemi di luminosità diffusa, ma anche nelle regioni sub-polari. La Fig. 4 mostra queste nubi viste proprio dal’ISS. Mentre la Fig. 5 è una foto scattata da Terra.

Tutto bello, magnifico e abbastanza semplice da spiegare? Assolutamente no. I problemi erano duplici fino a poco tempo fa, ossia prima delle osservazioni dell’AIM. Innanzitutto ci voleva qualcosa che facesse da impurità per le nostre ”perle” atmosferiche e poi ci voleva dell’acqua. Entrambe cose ben difficili da trovare a quelle altezze.

Va ricordato che il fenomeno delle nubi nottilucenti non è sempre esistito, o almeno così si dice. Esse apparvero in modo macroscopico dopo l’eruzione del vulcano Krakatoa, a fine ottocento. Insieme a stupefacenti colori di tutta l’atmosfera permeata dalle ceneri del vulcano trasportate a grandi altezze, apparvero chiarissime queste nubi azzurre.  L’impurità era ovviamente la cenere, mancava solo da spiegare la presenza di acqua. Ma, in fondo, un po’ di vapore poteva anche spingersi fino a quelle quote, dove solo temperature prossime ai -100°C potevano trasformarlo in ghiaccio.

Il vero problema apparve dopo molti anni dalla fine dell’eruzione: le nubi continuarono a ripetersi e lo fanno tuttora, anzi sono aumentate in estensione e frequenza. Vi doveva e vi deve essere un’altra fonte di impurità che ha preso il posto della cenere. Si era già pensato alla polvere interplanetaria, ma perché solo dopo la fine del XIX secolo?

Più recentemente, molti hanno cominciato a dirigersi (tanto per cambiare) verso il riscaldamento globale e l’inquinamento crescente. Le impurità dovevano essere di origine umana e ovviamente un presagio nefasto.

Le osservazioni di AIM tagliano la testa al toro. Altro che umane, sono proprio aliene! Resta tuttavia aperto un problema, anche se ribaltato: perché la polvere portata dai meteoroidi sembra aver creato queste splendide nuvole solo negli ultimi due secoli? Le risposte possono essere due: o prima non erano state notate e/o erano state confuse con i normali cirri, oppure perché qualcosa di “biologico” aveva trasportato in mesosfera ciò che mancava prima, ossia l’acqua. La prima spiegazione non sembra stare in piedi e allora si è studiata la seconda possibilità.

Il vapor d’acqua può difficilmente raggiungere altezze così grandi, dove l’aria risulta estremamente secca. Può riuscirci però il metano, sottoprodotto della vita biologica e in aumento considerevole per le varie azioni dell’uomo sia industriali che fisiche, legate entrambe alla sua proliferazione esponenziale. Il metano, però, non è acqua. Tuttavia, contiene quattro atomi di idrogeno che non vedono l’ora di essere ossidati. A quelle altezze non vi è acqua, o al limite pochissima, ma esiste il radicale OH, ansioso di catturare un atomo di idrogeno in più. Il gioco è fatto: il metano regala i suoi atomi di idrogeno e crea molecole d’acqua che nella polvere interplanetaria trovano la “casa” ideale per cristallizzarsi (Fig. 6).

Funziona proprio così? Forse sì, ma altri studi sono ancora necessari. Per il momento godiamoci (soprattutto se facciamo le vacanze nel nord Europa) queste fantastiche presenze aliene. Non scordiamoci, però, che potrebbero rappresentare un’ottima cartina di tornasole per lo studio dell’alta atmosfera.

Prima di proseguire verso i risultati più recenti, parliamo un po’ più estesamente della polvere aliena.

Se tutto il materiale polveroso contenuto tra il Sole e Giove fosse raccolto e compresso, si formerebbe un corpo celeste di 25 km di diametro. La maggiore sorgente di polvere nel Sistema Solare sono le collisioni mutue tra gli asteroidi e il materiale che evapora dalle comete in prossimità del Sole. Le particelle che impattano la Terra hanno un “range” di velocità che va da 30 000 a 248 000 km/h, in funzione della direzione dell’impatto rispetto a quella di rivoluzione del nostro pianeta attorno al Sole.

Le particelle subiscono un rapidissimo riscaldamento nello scontro con le molecole dell’atmosfera e raggiungono temperature superiori ai 1600 °C. A questo punto fondono ed evaporano. Corpuscoli con diametri superiori ai due millimetri bruciano producendo meteore visibili. Tuttavia, la maggior parte delle particelle che attraversano l’atmosfera sono decisamente più piccole e possono essere individuate solo attraverso radar speciali. Fatto sta che la valutazione della massa giornaliera di polvere impattante la Terra è ancora ben poco conosciuta, con enormi differenze tra le varie ipotesi.

Le osservazioni da satellite suggeriscono che ogni giorno entrino in atmosfera dalle 100 alle 300 tonnellate di polvere cosmica. Questi valori sono confermati dai depositi di elementi rari, come l’osmio e l’iridio, nei fondali oceanici e nelle calotte polari. Tuttavia, altre misure (osservazioni radar delle meteore, osservazioni laser degli atomi del sodio e del ferro, misure del ferro nella stratosfera) forniscono un valore nettamente più basso, non più di 5 tonnellate al giorno.

Se il valore si aggirasse intorno alle 200 tonnellate, se ne dedurrebbe che le particelle sono trasportate attraverso l’atmosfera in modo più rapido di quanto previsto. Se, invece, fosse intorno alle 5 tonnellate, si dovrebbero rivedere sostanzialmente le nostre conoscenze sull’evoluzione e sul trasporto della polvere nella bassa atmosfera.

I metalli inseriti nell’atmosfera dall’evaporazione della polvere, sono fortemente legati a molti fenomeni connessi ai cambiamenti climatici.

Riassumiamo ancora i concetti di base: la polvere cosmica è associata alla formazione delle nubi “nottilucenti”, le più alte nuvole atmosferiche, fornendo una superficie di appoggio per la creazione dei cristalli di ghiaccio. Queste nubi sono frequenti durante l’estate nelle regioni polari e sembrano essere ottimi indicatori del cambiamento del clima.

I risultati delle ricerche su polvere e nubi nottilucenti sono fondamentali per qualsiasi modello atmosferico, date le importanti ricadute sulla sua chimica e, quindi, sulla climatologia. Come si vede, la scienza vera conosce i propri limiti e invece di gridare “al lupo, al lupo” cerca di migliorare le conoscenze troppo scarse per poter imporre qualsiasi tipo di previsione a medio termine. Peccato che spesso e volentieri non viene finanziata… Ovviamente, nessun modello catastrofico ufficiale si è mai occupato di questo risvolto.

Ed eccoci al risultato più recente…

La stagione meridionale delle nubi nottilucenti è terminata. AIM ha scritto la parola fine intorno al 20 febbraio. Nessuna sorpresa: tutto secondo previsto? No, non proprio. Guardando l’intera stagione 2014-15 (Fig. 8 ) si nota facilmente qualcosa di diverso nella frequenza delle nubi rispetto a quella degli ultimi otto anni.

La frequenza è decisamente diminuita, soprattutto nel periodo in cui le nubi sono normalmente più abbondanti (da 15 a 25 giorni dopo il solstizio). Le ricadute non sono ancora chiare, ma vi è sicuramente un legame tra nubi nottilucenti e circolazione atmosferica globale, che, a sua volta, gestisce il clima. Si è in trepida attesa per il nuovo periodo settentrionale che inizierà a maggio: La situazione sarà identica? Il gennaio scorso, come appena detto, ci si è accorti di una loro improvvisa diminuzione. Due settimane prima vi era stato un drastico cambiamento nei venti stratosferici dell’artico che aveva causato un  vortice polare distorto. Lo stesso vortice che ha investito gli USA portando un periodo di freddo polare. Controllando i dati si è vista la stretta correlazione tra temperature americane e nubi antartiche, come mostra la Fig. 9.

Il fenomeno sembra essere ben più generale. Benché i poli della Terra siano separati da quattro oceani, sei continenti e più di 12 000 miglia nautiche, sembra che per l’atmosfera tutto ciò non sia affatto un problema  di “comunicazione”. L’AIM della NASA ha mostrato che vi sono strette connessioni tra i due poli. In particolare, si è stabilito, con ottima attendibilità, che la temperature dell’aria negli USA è correlata con la frequenza delle nubi nottilucenti dell’Antartico!

Più in generale, le nubi manifestano uno stretto legame tra la stratosfera artica e la mesosfera antartica. I venti della stratosfera artica controllano la circolazione della mesosfera. Quando i venti stratosferici diminuiscono si crea un effetto di “increspatura” che si propaga per tutto il globo e genera un riscaldamento della mesosfera antartica con conseguente diminuzione dell’umidità e una netta diminuzione delle nubi nottilucenti. Quando i venti riprendono ad aumentare, avviene il viceversa. Le due settimane di ritardo sembrano proprio il tempo necessario per trasportare l’informazione atmosferica dalla troposfera alla stratosfera e infine alla mesosfera, da un polo all’altro.

E’ un argomento estremamente complicato che deve essere studiato e analizzato adeguatamente, ma risulta, ancora una volta, molto chiaro che il clima è strettamente legato a fenomeni quasi del tutto sconosciuti. Le nuvole nottilucenti potrebbero giocare un ruolo fondamentale nella climatologia futura. E siamo solo all’inizio.

Come poter mai pensare di essere in grado di prevedere il clima tra decenni? L’arroganza, l’ignoranza, la superbia e… il denaro sono gli unici parametri che possono convincerci di essere in grado di creare modelli attendibili. Qualsiasi commento è superfluo.

Tutti i soldi spesi per tenere viva una verità fittizia, potrebbero essere indirizzati verso uno studio davvero scientifico della nostra atmosfera, ancora un vero mistero per chiunque, IPCC compreso (anzi per primo!)

 

NUBI IRIDESCENTI

La Natura è meravigliosa e spesso ripete fino all’infinito i suoi capolavori. Basterebbe ricordare la spirale che accompagna il regno animale, quello vegetale, i tornado terrestri e le galassie (e non solo). E’ decisamente diversa da Paganini e ripete quasi con compiacimento le strutture che predilige. A noi non resta che ammirarle e cercare di comprenderle con la giusta umiltà culturale.

In questo QUIZ molto banale vi propongo tre tipi di onda (Fig. 1).

Il primo è proprio il QUIZ. Che cosa rappresentano le due immagini in alto? E perché differiscono da strutture simili che abbiamo già trattato ? (il link non lo metto per non aiutare, ma lo proporrò nella soluzione). Vale la pena parlarne un po’ visto la loro relativa rarità e la loro bellezza "cristallina".

La seconda coppia (in mezzo) riguarda un capolavoro della Terra, il celebre anfiteatro detto “the Waves” (nel Colorado Plateau), al confine tra Arizona e Utah. Un luogo non facile da raggiungere, dato che per andarci bisogna vincere una lotteria che ammette solo 20 persone al giorno e camminare nel deserto, senza molti riferimenti, per circa due ore. Un po’ di fortuna e/o un periodo dell’anno non molto favorevole (grande caldo) e il gioco è fatto.

La terza coppia (in basso)  riguarda la navicella JUNO. Una missione quasi suicida, ma che sfiorerà letteralmente ciò che le immagini ci mostrano. Non è nemmeno il caso di dire di che pianeta si tratta…

Tre sistemi di onde, tutte meravigliose e in qualche modo molto simili. Viva la Natura, viva l’Universo!

Quando si parla di nuvole, lo scenario si fa estremamente variegato e complesso. Quanti tipi di nuvole ci sono? Molte, sicuramente, da quelle più basse e scure a quelle più alte e tenui. Dai cumuli, ai nembi, ai cirri. Le nuvole fanno parte del mondo in cui viviamo e, infatti, la maggior parte di loro si sviluppano entro poco più di diecimila metri d’altezza, poco sopra le quote più alte raggiunte dagli aerei di linea e non lontane dalle cime delle più alte montagne. Come ben sappiamo, esse nascono quando si formano goccioline o cristalli di acqua, che si legano spesso a impurità, dette anche aerosol.

Non andiamo oltre con la spiegazione delle forme e della composizione delle diverse nubi, alcune sviluppate soprattutto in altezza e altre molto sottili, come drappi estremamente tenui e quasi trasparenti. Ciò che importa è soprattutto la quantità di acqua che riesce a raggiungere un certo livello di altezza.

A noi, e al QUIZ, interessano nubi molto particolari, molto più alte, visibili non appena fa notte o anche dopo. Le più celebri, e osservate, sono sicuramente le nubi nottilucenti (NC) di cui abbiamo appena parlato ampiamente.

Il ghiaccio che serve per le NC ha bisogno di bassissime temperature per formarsi, a causa della rarefazione della mesopausa (ben oltre - 100°C nei luoghi vicini ai poli).  Temperature decisamente maggiori sono, invece, sufficienti per un altro tipo di nuvole, veramente fantastiche e molto rare: le nubi iridescenti o nubi polari stratosferiche (PSC di tipo II). Proprio quelle che sono rappresentate nel QUIZ.

Esse si formano tra i 15 000 e i 25 000 metri d’altezza, con  temperature dell’ordine di -80°C. Si trovano nella bassa stratosfera e assumono forme ondeggianti e molto spesso iridescenti a causa della grandezza dei cristalli (circa 10 micron). Non sono da confondere con nuvole simili, anch’esse iridescenti, che si formano ad altezze decisamente minori (in “rete” si mischiano allegramente…). La loro forma, però, è decisamente meno elegante e sinuosa. Inoltre, data l’altezza, le PSC brillano e risplendono su uno sfondo ormai quasi praticamente notturno. Una vera meraviglia.

Tuttavia, vi sono anche altri tipi di PSC, che differiscono per la composizione delle particelle che intervengono. Mentre è ghiaccio quasi puro nelle iridescenti, in quelle di tipo I si trovano composti nitrici e si formano a temperature leggermente più basse (-78°). Esse sono sicuramente meno appariscenti e armoniose, oltre che non poco dannose: sono, infatti,  efficaci distruttrici dell’ozono stratosferico nelle zone polari.

La Figura che segue mostra la nostra atmosfera e la posizione dei vari tipi di nuvole.

Torniamo, allora a noi e al recente mistero della mesosfera...

UN NUOVO MISTERO

Come sappiamo le nubi nottilucenti si formano in maggio, si intensificano in giugno e, ultimamente, scemano in luglio ed agosto. Quest'anno è capitato qualcosa di inaspettato: invece di affievolirsi sono letteralmente esplose in numero alla fine di luglio, raggiungendo luminosità eccezionali.  Kairo Kiitsak ha osservato questo vero e proprio fuoco d'artificio in Estonia (a Sinuna) il 26 luglio scorso

Altri osservatori hanno seguito fenomeni simili fino ad agosto. Durante la prima metà di agosto esse si sono triplicate rispetto allo stesso periodo del 2017. Insomma, quest'anno, le nuvole non volevano proprio scomparire!

Alcuni ricercatori dell'Università del Colorado hanno suggerito una possibile spiegazione. Vi deve essere stata una inaspettata "sorgente" di acqua nella mesosfera. In particolare si è notato che che gli ultimi giorni di luglio e il mese di agosto sono stati i più umidi, nella mesosfera, degli ultimi 11 anni. Nella figura che segue si mostra proprio la quantità di vapor d'acqua nella mesosfera negli ultimi 11 anni e la curva rossa (relativa al 2018) sembra veramente di... un altro pianeta.

Oltre ad essere particolarmente umida, la mesosfera appare piuttosto fredda. Le due cose non possono che aiutare la formazione delle nubi.

La ricerca è, però, solo all'inizio, dato che va ancora capito come è arrivata tanta acqua in alta quota. Si pensa all'attività di onde planetarie dell'emisfero sud che, ironicamente, possono stimolare l'ascesa di acqua a più di diecimila chilometri di distanza nell'emisfero nord. Le onde planetarie sono disturbi che si propagano verticalmente e sono dovuti a differenze di pressione, di temperatura, di venti e di composizione. la maggior parte della variazioni a larga scala nella media atmosfera sono proprio dovute alle onde planetarie. Esse possono essere stazionarie o viaggiare con periodi che vanno da pochi giorni a qualche settimana. E' molto facile che interagiscano con altri sistemi ondosi e con l'atmosfera più bassa. Quelle ad ampiezza maggiore contribuiscono sicuramente ai rapidi cambiamenti della temperatura.

Non va nemmeno trascurato il possibile effetto legato al minimo solare. Si nota, infatti, che gli anni più umidi e freddi della mesosfera prima del 2018 si riferiscono proprio agli anni dell'ultimo minimo, cioè il 2008 e 2009.

I misteri legati all'atmosfera, alle sue manifestazioni più suggestive e peculiari, ma anche ai cambiamenti climatici a breve o a media durata, sono ancora molteplici e dovrebbero far riflettere l'opinione pubblica quando viene imbonita con previsioni e conclusioni troppo semplicistiche e ben lontane dalla verità scientifica.

Che lo scopo sia ben altro è più che ovvio...