Dalla Statale di Milano due strumenti ottici per studi innovativi ai Poli

Sono “SPARK: Snow Physical properties and Assessment of Radiative transfer in the snowpacK” e “OPTAIR” gli studi portati avanti da due team del gruppo di Strumentazione Ottica dell’Università degli studi di Milano ai due poli opposti del globo.

L’ambiente ideale per studiare come neve e clima si influenzano a vicenda

Alle Isole Svalbard il team del progetto “SPARK” ha ideato uno strumento per misurare come la radiazione solare interagisce con la criosfera, elemento di fondamentale importanza per prevedere l’evoluzione climatica del nostro pianeta ma anche per individuare il rischio valanghe. 

La neve è in grado di riflettere una grande quantità di luce solare: questo influisce molto su quanta energia viene assorbita o respinta dalla superficie terrestre. Di conseguenza, condiziona sia i processi idrologici sia il bilancio energetico, anche a livello globale.

Studiare queste interazioni è però tutt’altro che semplice perché il manto nevoso è un ambiente in continua trasformazione, e la sua composizione varia costantemente in risposta a diversi fattori. La neve fresca riflette molto la luce visibile, ma questo effetto diminuisce nel tempo, soprattutto se si depositano impurità come polveri minerali o black carbon. 

Anche la luce interagisce profondamente con la neve: quantità molto ridotte di particelle assorbenti possono modificarne la persistenza e la struttura. Inoltre, la radiazione solare, anche se penetra solo pochi centimetri, può innescare reazioni fotochimiche che trasformano sostanze come bromo, mercurio e materiale organico. La luce trasmessa fornisce anche energia per organismi che vivono sotto la neve, come alghe e microbi, influenzando i cicli stagionali. 

“La propagazione della radiazione nella neve è ancora poco compresa - spiega però Luca Teruzzi, del gruppo di ricerca dell’Università Statale di Milano -. I modelli numerici oggi disponibili richiedono molte ipotesi e dipendono da parametri complessi, mentre i dati raccolti direttamente sul campo sono limitati. Colmare questo vuoto è essenziale per migliorare la capacità di prevedere come neve e clima si influenzeranno a vicenda”. 

Il progetto SPARK propone allora di superare i limiti attuali di misurazione dei cristalli di ghiaccio grazie a una nuova sonda ottica sperimentale, progettata e costruita dal gruppo di Ottica Strumentale dell’Università di Milano. Ma perché proprio il circolo polare artico? Le regioni artiche, in particolare le isole Svalbard, offrono un ambiente unico a questo scopo, perché salendo lungo i ghiacciai è possibile trovare diversi tipi di manto nevoso, una varietà più difficile da trovare nelle Alpi italiane.

In Antartide per capire la composizione dell’aerosol atmosferico

Il gruppo della Statale di Milano è impegnato anche in un altro progetto, stavolta al polo antartico: da qualche anno i ricercatori hanno messo a punto un nuovo strumento per monitorare l’aerosol atmosferico e capirne l’effetto climatico.

Le zone polari sono un ambiente particolarmente adatto ad attività di ricerca sull’atmosfera e il clima. Analizzando la stratificazione di particolato atmosferico si possono ricostruire la circolazione e il carico di aerosol nell’atmosfera del passato, uno dei fattori che influenzano il bilancio radiativo terrestre. 

Dal 2019 è in corso una campagna di caratterizzazione ottica dell’aerosol atmosferico presso Concordia, la base italo-francese situata presso Dome C, nell’Antartide orientale. Le misure sono acquisite tramite OPTAIR, strumento innovativo sviluppato da Marco Potenza, a capo del gruppo di Strumentazione Ottica del Dipartimento di Fisica della Statale di Milano “Aldo Pontremoli”.

Nello studio pubblicato su “Scientific Reports” sono discussi i risultati del primo anno di misure, un pioneristico database delle proprietà ottiche degli aerosol che giungono in un luogo remoto percorrendo migliaia di chilometri attraverso la stratosfera.  OPTAIR è basato sulla tecnica SPES (Single Particle Extinction and Scattering), e da diversi anni opera in continuo e in parallelo alla strumentazione di cui è dotata la base. Incrociando queste informazioni è possibile riconoscere la composizione e la provenienza delle particelle, associarle a specifici eventi di trasporto, e così comprendere meglio il loro effetto sul clima. 

Entrambi gli studi sono stati svolti in collaborazione con il laboratorio EuroCold Lab dell’Università di Milano-Bicocca e con il supporto del CNR (stazione Ny-Ålesund alle Svalbard) e delle stazioni del PNRA, il programma del MUR per le attività scientifiche in Antartide.