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Lidar: parola chiave per l'atmosfera

L'evoluzione del clima globale, l'assottigliamento dello strato di ozono, l'inquinamento urbano, sono alcune delle problematiche legate alla conoscenza dell'atmosfera; da questo punto di vista l'invenzione del laser ha permesso alla scienza di registrare notevoli progressi grazie allo sviluppo della tecnica lidar (light detection and ranging), messa a punto per la prima volta dall'italiano Giorgio Fiocco nei primi anni '60.

 "Il lidar si basa sul principio del radar, che consiste nell'invio di onde elettromagnetiche su un bersaglio e nella registrazione dell'eco di ritorno dal bersaglio stesso. In questo caso le onde sono quelle luminose e il bersaglio, tecnicamente ‘tracciante', è costituito dai differenti componenti atmosferici: particelle sospese (aerosol), molecole d'aria e altri gas minori come ozono e vapor d'acqua", spiega Fernando Congeduti dell'Istituto di scienze dell'atmosfera e del clima (Isac) del Cnr di Roma. "La caratteristica che nel lidar rende indispensabile il laser piuttosto che altre sorgenti di luce è la concentrazione dell'energia luminosa che questo dispositivo emette: concentrazione sia nel tempo (durata brevissima - qualche miliardesimo di secondo - quindi potenza enorme dell'impulso), sia nello spazio (collimazione, ovvero allargamento ridottissimo del fascio luminoso, che quindi procede nell'atmosfera senza disperdersi), sia nello spettro (che permette di selezionare tra la luce raccolta quella che ha origine dal tracciante).

Varie sono le tecniche lidar usate per lo studio dell'atmosfera. "Nei sistemi più semplici la lunghezza d'onda emessa dal laser e quella dell'eco sono identiche e forniscono misure qualitative della distribuzione degli aerosol e permettono la localizzazione delle nubi", riferisce Gelsomina Pappalardo, dell'Istituto di metodologie per l'analisi ambientale (Imaa)  del Cnr di Potenza. "Esistono poi diversi tipi di lidar: quello ad ‘assorbimento differenziale', il Raman e il Doppler, dove le diverse lunghezze d'onda in trasmissione o ricezione, forniscono misure quantitative di ozono e gas, aerosol e vapor d'acqua, temperatura e vento".

I due istituti Cnr sono impegnati in attività lidar collegate a reti internazionali sia per il monitoraggio della composizione atmosferica in riferimento a possibili cambiamenti climatici, sia per la caratterizzazione della distribuzione degli aerosol su scala continentale. "Oltre dieci anni di osservazioni lidar a Potenza hanno evidenziato la presenza nell'atmosfera di polveri sahariane pressoché tutti i mesi dell'anno, compresi quelli invernali, con maggiore incidenza in primavera-estate e picchi massimi tra maggio e luglio", afferma Pappalardo. "E' stato possibile anche suddividere gli eventi osservati in base alle zone di provenienza: in estate le polveri desertiche hanno origine prevalentemente dal Sahara occidentale e centrale mentre nel periodo gennaio-maggio provengono principalmente dal Sahara centrale".

 "I vari lidar sviluppati nell'area romana dell'Isac-Cnr operano dai primi anni '70 e hanno registrato, ad esempio, le perturbazioni atmosferiche introdotte dalle maggiori eruzioni vulcaniche avvenute alla fine del secolo scorso (El Chichon, Pinatubo). I sistemi attivi al momento sono utilizzati nello studio del vapor d'acqua, uno dei principali gas serra, e degli aerosol, sia di origine antropogenica, come i residui da combustione di motori, sia di origine naturale, come le polveri desertiche o vulcaniche", conclude Congeduti. "Altri due sistemi lidar del nostro istituto, invece, operano nelle basi antartiche di Dumont D'Urville (Fr) e McMurdo (Usa) per misurare le proprietà ottiche e microfisiche delle nubi stratosferiche polari, fondamentali nei processi di distruzione dell'ozono stratosferico".

Gelsomina Pappalardo, Istituto di metodologie per l'analisi ambientale, Tito scalo (Pz), tel. 0971/427265, email pappalardo@imaa.cnr.it

Anna Capasso

Fonte: Fernando Congeduti, Istituto di scienze dell'atmosfera e del clima, Roma, tel. 06/49934335, email f.congeduti@isac.cnr.it