Home > Sole e Clima > Relazione tra i raggi cosmici, l’ozono e la temperatura della stratosfera

Relazione tra i raggi cosmici, l’ozono e la temperatura della stratosfera

10 aprile 2009

La stratosfera è il secondo strato, dopo la troposfera, in cui è stata suddivisa l’atmosfera terrestre. Si estende da un’altezza di 12 km, 8 ai poli e 20 all’equatore, fino a 50 km. Nel seguente articolo vi riporto due importanti studi: uno sui raggi cosmici e la misura della temperatura della stratosfera e un altro sull’influenza di essi sull’ozono stratosferico.
 
Una nuova tecnica per misurare la temperatura della stratosfera
In un recente articolo, alcuni scienziati inglesi hanno analizzato i dati degli ultimi quattro anni di misurazioni dei raggi cosmici (CR) registrati da un rilevatore sotterraneo di particelle situato in una ex-miniera di ferro nello stato del Minnesota. Costoro hanno dimostrato che esiste una stretta correlazione tra il numero dei raggi conteggiati e la temperatura della stratosfera e l’hanno utilizzata per identificare eventi meteorologici durante la stagione invernale. Il rilevatore conteggia i muoni, particelle prodotte in seguito all’interazioni dei raggi cosmici con l’alta atmosfera (vedi immagine, in giallo i muoni conteggiati). In particolare, quanto la temperatura della stratosfera aumenta, l’aria si espande, lasciando più spazio alle particelle prodotte dai raggi cosmici di raggiungere la superficie della Terra (aumenta il numero dei muoni). Quando la temperatura diminuisce avviene il contrario (diminuisce il numero dei muoni).

article07_image04fonte: http://www.symmetrymagazine.org/images/200903/article07_image04.jpg

La parte che ha sorpreso di più gli scienziati è stata l’osservazione di improvvisi e repentini cambiamenti nei livelli di raggi cosmici durante i mesi invernali, che sono coincisi con i fenomeni di stratwarming. Agli appassionati di meteorologia non è passato inosservato questo fenomeno, ovvero un improvviso e intenso riscaldamento (fino a 40 gradi in alcuni luoghi) della stratosfera, nella regione artica del globo, avvenuto nel mese di gennaio (vedi immagine sotto).

time_pres_hgt_anom_all_nh_20091

fonte:http://www.cpc.noaa.gov/products/stratosphere/strat-trop/gif_files/time_pres_HGT_ANOM_ALL_NH_2009.gif

Il passo successivo sarà quello di analizzare le registrazioni sui raggi cosmici degli ultimi 50 anni effettuate in varie parti del globo per comprendere meglio la variazioni di temperatura della stratosfera. La tecnica è utile e più immediata rispetto all’uso di satelliti o peggio ancora rispetto ai palloni sonda.

I raggi cosmici e l’ozono stratosferico
Tutti voi ricordate il problema del buco dell’ozono in Antartide, bene, sembra che le cose stiano messe diversamente, almeno secondo lo scienziato Q. L. Lu del dipartimento di fisica e astronomia all’Università canadese di Waterloo. Per due decenni è stata accettata la teoria secondo la quale sono i cloro-fluoro-carburi (CFC) i principali distruttori della fascia di ozono nella stratosfera.

o3crfonte: http://icecap.us/images/uploads/O3CR.JPG

L’analisi dei dati satellitari nel periodo compreso tra il 1980 e il 2007, che copre due cicli di 11 anni dei raggi cosmici (CR), mostra chiaramente la correlazione tra i CR e la riduzione della fascia di ozono (vedi immagine sopra). Questo risultato, combinato con le misurazioni fatte già in laboratorio, prova il ruolo fondamentale dei CR nelle reazioni di distruzione dell’ozono e risolve la discrepanza tra i modelli fotochimici utilizzati e la riduzione osservata. Le più recenti valutazioni scientifiche che utilizzano tali modelli prevedono un incremento di ozono del 2,5% tra il 2000 e il 2020 sul totale e un aumento dal 5 al 10% sull’Antartide. Secondo Lu ci dobbiamo aspettare, invece, una pesante perdita della concentrazione dell’ozono stratosferico nel 2008-2009, specialmente – aggiungo io – se questo minimo solare continuerà in questo modo. Il buco di ozono si trova, come sapete, in corrispondenza della stratosfera antartica ma guarda caso la ionizzazione dei CR è massi ma proprio nelle regioni polari.
Possiamo trovare una connessione tra l’attività solare, i raggi cosmici, la concentrazione di ozono e la variazione di temperatura nella stratosfera. Tutti sappiamo che l’ozono assorbe la radiazione ultravioletta e ciò determina un aumento della temperatura della stratosfera. Secondo Lu questo non è l’unico meccanismo di distruzione di ozono, ma al processo si aggiungerebbero anche i CR, portando ad un ulteriore incremento della temperatura della stratosfera. Ecco il possibile legame
Maggiore attività solare → meno CR → più ozono → incremento temperatura stratosferica
Minore attività solare → più CR → meno ozono → diminuzione temperatura stratosferica
Rimarrebbe da spiegare la diminuzione di temperatura della stratosfera avvenuta negli ultimi decenni in presenza di una forte attività solare (CFC, forse?). Il discorso che ho fatto è puramente qualitativo e non tiene conto né della dinamica della stratosfera, nè degli scambi termici con la troposfera. Sarà interessante vedere nei prossimi anni se Lu  avrà ragione oppure no.

Fonti:
http://wattsupwiththat.com/2009/01/22/correlation-demonstrated-bewteen-cosmic-rays-and-temperature-of-the-stratosphere/
http://wattsupwiththat.com/2009/03/26/galactic-cosmic-rays-may-be-responsible-for-the-antarctic-ozone-hole/#more-6560
http://www.exchangemagazine.com/morningpost/2008/week38/Thursday/091811.html

http://www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000688

ANGELO

Advertisements
  1. ice2020
    10 aprile 2009 alle 10:50

    Minore attività solare → più CR → meno ozono → diminuzione temperatura stratosferica…

    ottima osservazione!

    Se questo scienziato ha ragione, presto potremmo scoprire le reali correlazioni tra raggi cosmici, ozono e temp stratosferica.
    Simon

  2. Sergio Musmeci
    11 aprile 2009 alle 09:44

    Attenzione perchè la formazione di ozono è una reazione endotermica (il prodotto infatti è estremamente instabile) qundi il calore viene sottratto e la temperatura dell’aria diminuisce. Sono gli UV che fanno aumentare la T stratosferica ma di per se la formazione di ozono dovrebbe agire in modo contrario. Per altro mi sembra più probabile che sia la diminuzione di UV a far diminuire l’ozono più che i raggi cosmici. Durante il MMW di quest’anno non ci sono stati aumenti dei CR, almeno di quelli che hanno le energie sufficienti per raggiungere il suolo. I cambiamenti che servono per monitorare gli SSW riguardano quelli ad elevatissime energie e che raggiungono il sottosuolo. Questi però non credo vengano rilevati dai normali counter di monitoraggio in superficie. I CR che raggiungono il sottosuolo (dotati di quelle energie) credo siano pochissimi, quindi non penso abbiano effetti significativi in atmosfera.

  3. angelo
    11 aprile 2009 alle 11:32

    Gli UV vengono assorbiti dall’ossigeno molecolare e anche dall’ozono che si è formato (O + O2 -> O3) e complessivamente determina un incremento della temperatura sttratosferica (inversione termica della stratosfera).
    Sono d’accordo sul fatto che la diminuzione dei raggi UV diminuisce l’ozono.
    Lu non nega questi meccanismi, ma dice che non completano il quadro suggerendo il ruolo dei CR.

  4. Sergio Musmeci
    11 aprile 2009 alle 14:03

    Certo, e mi scuso, non avevo tutto. Ma mi domandavo comunque se la temperatura della stratosfera non possa essere il frutto di complessi equilibri dinamici in cui il tasso di produzione o di riconversione dell’ozono in ossigeno e radicale annesso non possa essere anch’esso di rilevanza nel bilancio termico stratosferico. Per esempio nei poli l’ozono stratosferico dovrebbe essere principalmente riconvertito in O2 e O più che prodotto ex novo. Questo dovrebbe liberare un bel pò di calore. Quando ci sono più raggi cosmici, questi agiscono di preferenza nella zona prossima al polo geomagnetico perchè diminuisce il cutoff ad opera del campo magnetico terrestre. Qui i CR scindono le molecole d N2 formando gli NOx che agiscono da catalizzatori nella riconversione di ozono in O + O2. Quello che non mi torna è il corollario climatico. La stratosfera polare più fredda non dovrebbe contribuire a un vortice polare più compatto e ad un NAM positivo? Se è così, azzardo l’ipotesi che almeno nel breve periodo i raggi cosmici non raffreddino il clima, ma al contrario lo riscaldino leggermente soprattutto nell’emisfero nord. A questo punto mi spingo oltre con le mie “illazioni” perchè sto ragionando “a braccio”. Il clima si riscalda in inverno… e in estate? In estate al contrario un VP più forte potrebbe preservare i ghiacci artici dalle rimonte calde che sciolgono i ghiacci nel periodo estivo. Alla fine, sono i ghiacci artici ed i feedback oceanici ad avere la meglio, unitamente all’effetto sulle low clouds che dovrebbe agire da subito. Se poi dopo molti anni l’attività solare dovesse avere un nuovo sussulto, il clima continuerebbe ulteriormente a raffreddarsi nel periodo invernale perchè perturberebbe nuovamente la stratosfera e a quel punto masse gelide si riverserebbero nelle medie latitudini. Al contempo ci vorrebbe del tempo per invertire la tendenza ad estati più fresche. Il discorso è analogo ma inverso nella fase attuale. Che ne dite?

  5. angelo
    11 aprile 2009 alle 16:07

    Nel mio discorso non ho considerato meccanismi di dinamica stratosferica e interazioni con la troposfera che sicuramente sono importanti, infatti l’ho specificato. Il tuo discorso mi sembra giusto

  6. Sergio Musmeci
    11 aprile 2009 alle 17:49

    Questo potrebbe essere un periodo ideale per saggiare quest’ipotesi. Tra l’altro ora alcuni indici oceanici volgono al negativo e potrebbero iniziare a contribuire al raffreddam polare nel periodo estivo. Staremo a vedere, anche se per l’artico è il momento più critico…anche perchè se i raggi cosmici sono elevati e se lassù cè il mare…altro problema! troppe nuvole anche in estate, e questo come si può immaginare scioglie ancor più ghiaccio. Come vedi Angelo i raggi cosmici (se è vera la teoria) sono come un arma a doppio taglio 🙂

    Buona Pasqua!

  7. angelo
    11 aprile 2009 alle 18:18

    Aspettiamo. Buona pasqua

  8. dd
    8 maggio 2010 alle 09:02

    un’arma a doppio taglio ??

  9. 16 maggio 2010 alle 20:27

    non si capisce niente

  1. 10 aprile 2009 alle 05:43
  2. 3 maggio 2009 alle 11:40
I commenti sono chiusi.
%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: