Come i gas assorbono il colore
La luce solare è composta da molti colori, tra cui anche i colori dell’arcobaleno. A ciascun colore corrisponde una determinata lunghezza d’onda. Quando la luce solare attraversa l’atmosfera, una parte di essa viene assorbita dai gas. Ogni gas assorbe colori ben precisi della luce, ovvero determinate lunghezze d’onda.

Dalla luce solare all’interferogramma
Lo spettrometro FTIR raccoglie la luce solare dopo che essa ha attraversata l’atmosfera, ovvero la luce che ne rimane, e la convoglia all’interno dello strumento. Qui la luce incontra un divisore di fascio che la divide in due raggi. Uno si dirige verso uno specchio fisso, l’altro verso uno specchio mobile. Entrambi i raggi vengono riflessi e poi si ricongiungono nuovamente sul divisore di fascio. Il raggio diretto verso lo specchio mobile percorre quindi un tragitto leggermente più lungo o più breve, a seconda della posizione dello specchio stesso. Questa minuscola differenza di percorso ottico è alla base della misurazione. Infatti, quando i due raggi si ricongiungono e si sovrappongono, si rafforzano o si indeboliscono a vicenda. Si ottiene così un raggio composto più chiaro o più scuro. Il rilevatore misura le variazioni di luminosità di questo raggio mentre lo specchio si muove. Queste misurazioni danno origine a un interferogramma.

La famosa trasformata di Furier
L’interferogramma è una miscela di tutti i colori della luce. Tuttavia, ogni colore varia in modo diverso al variare della differenza di percorso. Per scomporre questa miscela si utilizza la cosiddetta trasformata di Fourier. Essa permette di determinare quali colori, ovvero quali lunghezze d’onda, sono presenti nella luce e in quale proporzione, dando origine ad uno spettro.

Le firme spettrali dei gas
In questo spettro si osservano le tipiche “linee di assorbimento”, che corrispondono alle lunghezze d’onda della luce (colori) assorbite dai gas. Poiché ogni gas possiede uno spettro di assorbimento caratteristico, simile ad un’impronta digitale (firma spettrale), è possibile identificarne la presenza nell’atmosfera. Dall’intensità delle linee è infatti possibile determinarne la concentrazione.

La stazione di ricerca dello Jungfraujoch si trova proprio a quell’altitudine perché le condizioni per la ricerca atmosferica sono pressoché ideali. A questa quota, l’aria è fredda, secca e molto pulita. Poiché l’aria fredda può contenere meno vapore acqueo rispetto a quella calda, nell’atmosfera è presente una quantità significativamente inferiore di vapore acqueo. Questo aspetto è particolarmente importante, poiché il vapore acqueo è il gas serra più abbondante nell’atmosfera e influenza fortemente le misurazioni. Infatti, esso assorbe la radiazione infrarossa sovrapponendosi alle caratteristiche “firme spettrali” degli altri gas presenti nello spettro. Presso lo Jungfraujoch, tali interferenze sono molto ridotte. Di conseguenza, i ricercatori possono analizzare la composizione dell’atmosfera con elevata precisione e rilevare in modo affidabile anche tracce minime di altri gas.

La composizione dell’atmosfera non è costante. La concentrazione di alcuni gas varia nel corso dell’anno secondo un ritmo regolare. Questo andamento stagionale è particolarmente evidente nel caso della CO₂. La stagionalità della concentrazione di CO₂ nell’atmosfera è dovuta principalmente ai cicli della vegetazione. Durante la primavera e l’estate, le piante assorbono maggiori quantità di CO₂ tramite la fotosintesi, determinandone una diminuzione di concentrazione nell’aria. In autunno e in inverno, invece, molte piante perdono le foglie oppure riducono fortemente la loro crescita. Di conseguenza, viene assorbita una quantità inferiore di CO₂ dall’atmosfera e quindi la sua concentrazione torna ad aumentare. Questo fenomeno è particolarmente marcato nell’emisfero settentrionale, dove la presenza di superfici terrestri e di vegetazione è molto maggiore rispetto all’emisfero meridionale.

Una sorgente è tutto quello che rilascia un gas nell’atmosfera, mentre un pozzo è tutto ciò che lo assorbe o rimuove dall’atmosfera. La concentrazione effettiva di un gas nell’atmosfera dipende dall’equilibrio tra sorgenti e pozzi, ossia da quale dei due processi prevale. Questo concetto può essere illustrato con l’esempio di una vasca da bagno: il rubinetto rappresenta le sorgenti, lo scarico i pozzi, mentre il livello dell’acqua corrisponde alla concentrazione dei gas nell’atmosfera.

Oggi si cerca di creare intenzionalmente nuovi pozzi o di rafforzare quelli esistenti, in modo da poter rimuovere una maggiore quantità di gas serra dall’atmosfera. Esempi di queste misure sono il rimboschimento e il ripristino idrologico delle torbiere, poiché le piante sono in grado di assorbire CO₂ attraverso la fotosintesi e di immagazzinarla a lungo termine. Tali interventi possono contribuire a ridurre gli effetti del nostro stile di vita, ma non sostituiscono la necessità di diminuire le emissioni direttamente alla sorgente.

La Svizzera è particolarmente colpita dal cambiamento climatico e si riscalda più rapidamente rispetto alla media globale. L’intensità di questo riscaldamento dipende dalla quantità di gas serra emessi a livello mondiale.

Oggi gli scenari climatici vengono spesso descritti in termini di livelli di riscaldamento. Essi mostrano come potrebbe presentarsi la Svizzera con un riscaldamento globale di +2°C oppure di +4°C, permettendo così di confrontare diversi possibili sviluppi futuri. A seconda dell’evoluzione delle emissioni, entro la metà del secolo sono possibili aumenti della temperatura di circa +2°C (in presenza di forti misure di protezione climatica) fino a +4°C o oltre.

Tra siccità e precipitazioni intense
Questo riscaldamento comporta conseguenze evidenti: le ondate di calore diventano più frequenti, più lunghe e più intense, soprattutto nelle città e nelle zone a bassa quota. I mesi estivi diventano più secchi, poiché le precipitazioni diminuiscono mentre aumenta l’evaporazione. Ciò ha ripercussioni sull’agricoltura, sulle foreste e sulla disponibilità idrica. Quando piove, spesso lo fa con maggiore intensità: le precipitazioni intense aumentano e accrescono il rischio di inondazioni e frane. Allo stesso tempo, il limite delle nevicate si innalza e gli inverni diventano più miti e meno nevosi.

Gli scenari climatici non mostrano un futuro certo, bensì possibili sviluppi. Essi mettono in evidenza quanto le nostre decisioni odierne influenzino il clima di domani.