Articolo tratto dalla Newsletter n° 019 del 4 settembre 2024
Le polveri minerali di origine desertica sono una componente rilevante dell’aerosol atmosferico a scala globale (Ginoux et al., 2012; Kinne et al., 2006 and Wu et al., 2020). Presenti con differenti granulometrie e composizione chimica, sono coinvolte in numerosi processi fisici atmosferici ed oceanici: contribuiscono alla formazione di nubi e precipitazione, partecipano al trasferimento radiativo, sia mediante interazione diretta con la radiazione, sia tramite effetti indiretti prodotti dalle dinamiche che le coinvolgono.
Le polveri desertiche risultano pertanto rilevanti nello sviluppo e nella modulazione di dinamiche meteorologiche ed in alcuni importanti meccanismi di feedback su scala climatologica (IPCC, AR6 WGI, Chps 6, 7, Mahowald et al. 2024, Skeie et al. 2024). Inoltre, le polveri desertiche, hanno un ruolo importante nella biogeochimica del sistema terra, influenzando le dinamiche di molti ecosistemi sia terrestri che oceanici, e contribuendo, in certi casi in modo rilevante, alla qualità dell’aria. Per una panoramica generale si vedano i report annuali WMO sul tema, al link: https://wmo.int/publication-series/wmo-airborne-dust-bulletin.
La presenza di particolato desertico, a differenti quote in atmosfera ed in specifiche aree terrestri, è legata all’instaurarsi di una ben precisa sequenza di processi: caricamento in atmosfera; trasporto, anche a lungo raggio; deposizione al suolo.
Il caricamento in atmosfera di ingenti quantitativi di polveri richiede meccanismi di sollevamento, la cui efficienza è legata all’intensità dei venti nei bassi strati ed alla conseguente turbolenza da essi indotta nello strato limite, associata alla presenza di convezione sufficientemente intensa e profonda, in modo da portare le polveri a quote elevate. Fenomeni estremi legati a queste dinamiche sono rappresentati da tempeste di sabbia e haboob, che producono il sollevamento dal suolo di grandi quantitativi di polvere minerale, con importanti impatti nelle aree direttamente colpite (Ginoux et al.,2012). La disponibilità al suolo di ingenti quantitativi di polvere è specifica di alcune regioni del globo, che si qualificano come le aree sorgenti d’elezione.
Queste aree sono caratterizzate da condizioni climatiche aride, con una storia geologica particolarmente favorevole all’accumulo di polveri e sedimenti, come ad esempio in corrispondenza di laghi e fiumi prosciugati o effimeri (Prospero et al., 2002, Ginoux et al., 2012). Tali condizioni, fortemente dipendenti dall’umidità del terreno, e anche, per alcune aree sorgenti, dalla copertura nevosa, risentono delle variazioni stagionali e dell’evoluzione climatica.
Le aree sorgenti che contribuiscono maggiormente all’immissione di polvere minerale in atmosfera sono prevalentemente ubicate entro le zone desertiche delle fasce subtropicali. La principale di esse è l’area Sahariana e le zone limitrofe (Prospero et al., 2002, Ginoux et al., 2012, Gavrouzou et al., 2021(a)), come visibile in Figura 1(b). Altre importanti aree sorgenti si trovano in Arabia, in Asia Centrale, nel Sud-Ovest degli Stati Uniti ed in Australia (Prospero et al., 2002, Ginoux et al., 2012).
Ad esse si aggiungono, inoltre, le zone aride di alta latitudine (>50°N e >40°S) (Fig. 1a) che costituiscono aree sorgenti capaci di rilasciare regolarmente quantitativi di polvere non trascurabili, seppur minoritari, pari a circa il 5% del budget globale (Bullard et al. 2016, Meinander et al. 2022). In uno scenario di cambiamento climatico quale quello attualmente in corso, l’importanza e l’estensione delle diverse aree sorgenti potrebbero subire variazioni anche rilevanti.
Al caricamento in atmosfera, con conseguente formazione di plume di polvere desertica, segue la fase di trasporto, che spesso è di lungo raggio, soprattutto se il plume è sollevato sino ad essere soggetto agli intensi venti d’alta quota. La distanza a cui vengono trasportate le polveri dipende in ultima analisi dal tipo di circolazione presente e dall’intensità del vento associato a queste circolazioni che, in alcuni casi, possono determinare un trasporto delle polveri fino a siti molto distanti dalle aree sorgenti.
A causa delle regolarità nello sviluppo dei pattern di circolazione atmosferica, si hanno ricorrenze nel trasporto di polveri provenienti da una data area sorgente verso determinate aree di deposizione. Per contro, in corrispondenza di differenti pattern di circolazione atmosferica, su una data area di deposizione possono essere trasportate polveri provenienti da diverse aree sorgenti. L’utilizzo delle back-trajectories, ricostruite tramite modellistica numerica, può aiutare nell’analisi delle possibili aree di provenienza delle polveri (https://www.ready.noaa.gov/hypub-bin/trajtype.pl)
Inoltre, l’area di origine delle polveri minerali trasportate può essere determinata tramite specifiche analisi chimiche e fisiche dei campioni di aerosol prelevati nell’area di deposizione, in base alla composizione del suolo delle diverse aree sorgenti (Alastuey et al., 2016, Rodríguez et al., 2020).
La deposizione al suolo della polvere desertica si realizza a seguito di specifiche dinamiche locali, capaci di attivare un deciso moto discendente della massa d’aria. L’instaurarsi di tali dinamiche in coincidenza spazio-temporale con l’arrivo di un plume di polvere desertica su una determinata area può produrre, in tempi anche molto brevi, variazioni importanti delle concentrazioni di particolato nello strato limite, con impatti rilevanti sulle condizioni fisiche e chimiche locali, influenzando quindi in modo determinante la qualità dell’aria, con riduzione della visibilità ed effetti sulla salute umana.
Con il continuo monitoraggio satellitare è possibile valutare globalmente il contributo delle polveri desertiche in atmosfera. Un interessante strumento di visualizzazione di dati da telerilevamento satellitare, tra cui anche immagini e parametri che caratterizzano la presenza di polveri desertiche in atmosfera, è disponibile al seguente link: https://worldview.earthdata.nasa.gov/
Uno dei principali fenomeni, ben visibile da satellite, è il continuo trasporto di polveri Sahariane sulla limitrofa fascia di Oceano Atlantico, sino a raggiungere il centro America (Figura 2, visibile anche in Figura 1(c)), ad opera delle intense circolazioni zonali orientali, tipicamente presenti sull’Africa centro-occidentale. In quest’area, i quantitativi di polveri trasportate sono spesso abbondanti e le loro ricadute contribuiscono in modo rilevante alla biogeochimica dell’Atlantico e dell’area Amazonica (Harr et al. 2024, Van der Does et al. 2021).
Anche l’area Mediterranea e buona parte dell’Europa vengono frequentemente interessate da intrusioni desertiche (Gavrouzou et al., 2021(b)). Il trasporto long-range delle polveri minerali può causare elevati valori di concentrazione di PM10 e in alcuni casi contribuire al superamento dei valori limite previsti dalla normativa europea (Directive 2008/50/EC). Per identificare questi contributi, che in alcuni paesi europei – Spagna, Italia, Grecia – possono avere un impatto non trascurabile (Barnaba et al, 2022, Rodríguez et al., 2020), sono disponibili alcuni servizi di previsione delle intrusioni desertiche (Copernicus, https://aerosol-alerts.atmosphere.copernicus.eu ,https://dust.aemet.es/products/daily-dust-products).
Gli eventi di trasporto desertico nel Bacino del Mediterraneo (BM) sono più frequenti in primavera ed in estate. La climatologia delle circolazioni determina una variazione stagionale del trasporto delle polveri desertiche, con prevalenza tra la fine dell’inverno e l’inizio della primavera nel BM orientale, nella tarda primavera nel BM centrale, e alla fine dell’estate nel BM occidentale (Gavrouzou et al., 2021(b)). A tal proposito possiamo ricordare l’importante episodio che ha interessato l’Italia dal 18 al 20 giugno 2024, come riportato al link: http://www.lamma.rete.toscana.it/news/polveri-desertiche-arrivo.
Sebbene la maggior parte degli episodi di polvere minerale nel BM e nell’Europa centrale e settentrionale siano di provenienza sahariana, una minoranza di questi ha origine nella penisola arabica e, in rari casi, nell’Asia centrale occidentale (Gavrouzou et al., 2021(b)). Un anomalo trasporto di polvere desertica non sahariana, attribuibile alle aride regioni ad est del mar Caspio, si è verificato nel marzo 2020 (Tositti et al., 2022, Mifka et al, 2023).
Questo intenso episodio ha interessato l’Europa orientale, i paesi balcanici e anche l’Italia, dove la polvere desertica ha provocato il superamento del valore limite per il PM10 in molte stazioni di monitoraggio di qualità dell’aria tra il 27 e il 30 marzo 2020 (Tositti et al., 2022). Nei giorni precedenti, a partire dal 21-22 marzo 2020, si è sviluppata una rilevante tempesta di polvere nelle regioni desertiche dell’Asia centrale, in particolare nell’Aralkum.
La successiva formazione di una fascia di alte pressioni, centrata a latitudini medio-alte e molto estesa zonalmente, ha determinato una sequenza di circolazioni con venti diretti prevalentemente verso ovest, nella media e bassa troposfera. Il conseguente afflusso di polvere desertica è evidenziato in Figura 3a, mentre le back-trajectories, in Figura 3b, mostrano la provenienza dalle regioni del Mar Caspio. Ad ulteriore conferma della complessità di questi fenomeni, si nota la potenziale presenza in quota di una componente di polveri di provenienza sahariana (confermata anche in Mifka et al. 2023), come mostrato dalla curva verde in Figura 3b e dal flusso proveniente dalla regione sahariana presente nella parte bassa di Figura 3a.
Negli ultimi anni, la frequenza e l’intensità delle intrusioni desertiche in area Mediterranea è aumentata (IPCC, 2022, Salvador et al., 2022). In un recente lavoro (Cuevas-Agulló et al., 2024) si evidenzia come, negli inverni del periodo 2020-2022, in particolare nei mesi di febbraio e marzo, diverse intense intrusioni di polvere di origine nordafricana abbiano colpito l’Europa con una durata talvolta senza precedenti.
L’impatto maggiore di questi eventi si è avuto sul BM occidentale, con una frequenza significativamente aumentata rispetto al periodo 2003-2019. L’articolo, inoltre, analizza i tipi di circolazione che favoriscono questi episodi, ipotizzando un cambiamento nei pattern di circolazione atmosferica come una possibile spiegazione dell’aumento delle intrusioni di polvere sahariana sul BM occidentale, nei mesi di febbraio e marzo 2020-2022.
Alcuni degli episodi presi in considerazione in questo lavoro nei mesi di febbraio e marzo hanno interessato anche l’Italia. In tale periodo dell’anno, anche nel 2024 si è avuta una rilevante intrusione desertica, che ha prodotto un forte incremento della concentrazione di PM10 in gran parte d’Italia tra il 28 marzo ed il 1° aprile 2024. Questo evento è stato prodotto da un intenso flusso meridionale, guidato dalla presenza di un profondo minimo barico sulle isole Britanniche. Alcuni aspetti di tale dinamica sono visibili in Figura 4a, in cui è ben evidente il plume di polvere sahariana incidente sull’Italia il 29 marzo 2024, la cui possibile traiettoria è mostrata dalle back-trajectories in Figura 4b.
Molti lavori di ricerca (e.g. Fabiano et al., 2021) hanno messo in evidenza come l’attuale rapido cambiamento climatico si associ ad una variazione della climatologia dei principali pattern di circolazione e delle rispettive frequenze di occorrenza, il che a sua volta influisce in maniera significativa sulle modalità e sulla rapidità del cambiamento climatico stesso (Lakson et al., 2019).
Sulla base di studi recenti (come in IPCC, 2022, Salvador et al., 2022 ed Cuevas-Agulló et al., 2024), si ritiene che questi cambiamenti della circolazione possano produrre anche variazioni della frequenza degli episodi di sollevamento e trasporto di polvere minerale, nonché della distribuzione delle aree sorgente. In questo quadro, l’implementazione di opportuni schemi di classificazione dei di tipi di circolazione potrebbe, non solo aiutare a chiarirne i trend evolutivi all’interno del cambiamento climatico, ma potrebbe anche mettere in luce come questi cambiamenti impattino sulla dinamica delle intrusioni di sabbia desertica. In relazione ad esse, gli scenari CORDEX (Vautard et al., 2021) potrebbero offrire un basilare quadro di riferimento per lo studio dei futuri pattern di evoluzione.
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Autori:
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| Andrea Orlandi (Consorzio Lamma) | Francesca Calastrini (Consorzio Lamma e CNR-IBE) | Gianni Messeri (Consorzio Lamma e CNR-IBE) |