Progetto

progetto: PNRA16_00231

   
acronimo OPTAIR
responsabile MARCO POTENZA
ente di appartenenza UNIVERSITà DI MILANO
descrizione
OPTAIR è una iniziativa scientifica multidisciplinare volta alla determinazione e allo studio delle proprietà ottiche di polveri in aria presso la Stazione Concordia, sul Plateau Antartico Orientale, e alla individuazione su base sperimentale delle relazioni tra le particelle sospese in aria e depositate al suolo. L’obiettivo del progetto è di installare uno strumento permanente per misurare singole particelle aerotrasportate durante tutto l’anno (UR1) e di raccogliere campioni di neve con regolarità. La neve verrà caratterizzata accuratamente nei laboratori europei (UR2) e i risultati saranno correlati con dati dalle particelle aerotrasportate (UR1) e con misure LIDAR (UR3). L’impatto del progetto si concretizzerà nell’ottenere su base sperimentale il legame esistente tra le proprietà ottiche di polveri in aria e deposte al suolo. Su questa base si studierà l’impatto sui modelli climatici del passato e del presente. Questo progetto scaturisce dalla recente attività svolta in collaborazione tra il Laboratorio di Ottica e Ricerca in Microgravità dell’Università di Milano (UR1) e il laboratorio EUROCOLD dell’università di Milano-Bicocca (UR2). I due gruppi collaborano da due anni con lo scopo di migliorare la caratterizzazione della polvere in carote di ghiaccio. La possibilità concreta di disporre di dati LIDAR da Concordia (UR3) rappresenta un’opportunità unica per il progetto. OPTAIR è incentrato sull’uso della nuova tecnica ottica denominata SPES (Single Particle Extinction and Scattering, Potenza et al., 2014; Potenza 2015; Villa et al. 2016; v. documentazione di supporto). L’innovatività della tecnica è costituita dalla possibilità di accedere alla sezione d’urto di estinzione e allo spessore ottico di ciascuna particella rivelata dallo strumento. Lo schema ottico è robusto, essendo basato sull’interferenza ad autoriferimento tra la luce trasmessa e quella diffusa dalla particella. Questo lo rende anche immune dalla necessità di calibrazioni. La tecnica SPES ha dimostrato di essere efficace nel determinare le proprietà di particelle quali la forma e la struttura interna nel caso di particelle sospese in acqua, ottenute dalla fusione della carota “old” DomeC (Lorius et al., 1979). Recentemente si è arrivati ad una chiara evidenza della variabilità della forma dei grani di polvere nel tempo, con importanti conseguenze sul trasferimento radiativo nell’atmosfera del passato (Potenza et al., 2016; v. documentazione di supporto). Il trasferimento radiativo rappresenta uno degli elementi chiave che determinano il clima. E’ ampiamente riconosciuto che sia fortemente affetto dagli aerosol (IPCC 2013), i cui effetti non sono ben compresi né caratterizzati dal punto di vista delle proprietà ottiche. Questo è anche la conseguenza della natura fortemente eterogenea degli aerosol stessi: polveri minerali, spray marino, tephra vulcanici, ecc. La conoscenza delle proprietà ottiche degli aerosol del passato e del presente è importante nei modelli climatici per descrivere i cambiamenti climatici passati e quello attuale. Recentemente uno strumento innovativo basato sulla tecnica SPES (ICE-1), è stato installato presso il laboratorio EUROCOLD allo scopo di svolgere analisi sistematiche di polveri provenienti da carotaggi in Antartide. Sono stati analizzati campioni provenienti da Dome C, EPICA, Vostok e Talos Dome. I primi risultati della carota “old” Dome C sono oggetto di un lavoro pubblicato su Nature Scientific Reports. Nel 2015 è stato anche realizzato un nuovo strumento SPES (AIR-1) per la misura di singole particelle aerotrasportate. Il prototipo è funzionante presso UR1 ed è stato utilizzato per svolgere misure in collaborazione con il Joint Research Centre di Ispra all’inizio di giugno 2016, nell’ambito delle attività del Vehicle Engine Laboratory (VELA). Questa proposta di progetto mira a sviluppare attività presso la Stazione Concordia in collaborazione, e fornendo supporto, ai gruppi che già misurano polveri in aria e loro proprietà ottiche (RU3, SIDDARTA_PNRA 2016 00252 (Nava)). Uno dei vantaggi della tecnica SPES che proponiamo è la possibilità di una rivelazione in tempo reale di ciascuna particella, con la possibilità di correlare gli istanti di arrivo delle particelle ad altre misure ottiche indipendent, quali per esempio il LIDAR. Comprendendo anche la possibilità di svolgere misure molto accurate di concentrazione, distribuzione dimensionale (dimensione della sfera equivalente) e delle proprietà ottiche delle polveri in neve e ghiaccio presso EUROCOLD (UR2), questo progetto permetterà di stabilire una relazione diretta tra polveri moderne e antiche, essenziale per i modelli paleo climatici.