Cloud Seeding: perché gli scienziati stanno cercando di farla nevicare

L'acqua è una risorsa preziosa che influisce su quasi tutti gli aspetti della vita sulla Terra. Inoltre è limitato, quindi le persone utilizzano una varietà di metodi per garantire che l'offerta soddisfi la domanda.

Una di queste tecniche è la semina delle nuvole - aggiunta di particelle nell'atmosfera per favorire la formazione di pioggia o neve. Oggi molte entità in tutto l'Occidente - tra cui agenzie governative statali e locali, servizi pubblici e aree sciistiche - seminano nuvole nel tentativo di aumentare le nevicate invernali in montagna. Più manto nevoso significa più ruscellamento primaverile ed estivo, che alimenta le riserve idriche locali, irriga le colture e alimenta dighe che generano energia idroelettrica.

La semina delle nuvole è stata utilizzata anche per disperdere la nebbia negli aeroporti, aumentare le piogge estive e ridurre la grandine. In effetti, la semina del cloud si verifica in oltre 50 paesi in tutto il mondo. Eppure, nonostante tutte queste attività, non sappiamo ancora se funzioni.

Siamo scienziati atmosferici e recentemente abbiamo condotto uno studio sul campo per valutare la semina delle nuvole come mezzo per migliorare il manto nevoso di montagna dalle tempeste invernali. I nostri risultati dimostrano chiaramente che, almeno in certe condizioni, è possibile cambiare l'evoluzione e la crescita delle particelle di nuvole, portando a nevicate che altrimenti non si sarebbero verificate. La prossima domanda è se la semina del cloud può essere uno strumento efficace per i gestori delle risorse idriche negli Stati Uniti occidentali.

Creazione di cristalli all'interno di nuvole

Le nuvole sono costituite da goccioline d'acqua troppo piccole per cadere come precipitazioni. Queste goccioline spesso supercool a temperature ben al di sotto del punto di congelamento - a partire da 0 gradi Fahrenheit (meno 18 gradi Celsius) o più freddo. In molte circostanze, i cristalli di ghiaccio (che possono crescere rapidamente in presenza di un liquido surriscaldato) devono essere presenti affinché una nuvola produca una quantità significativa di precipitazioni. Per le nuvole che si formano quando l'aria viene sollevata su una montagna, se non ci sono cristalli di ghiaccio, o troppo pochi, sono molte delle gocce d'acqua che compongono la nuvola evaporano semplicemente sul lato sottovento della montagna.

La semina delle nuvole invernali si basa su un'ipotesi che quando l'acqua superfrigerata esiste in una nuvola, essa può essere modificata introducendo particelle che fungono da nuclei di ghiaccio artificiale. Questo processo crea cristalli di ghiaccio che utilizzeranno l'acqua surriscaldata per crescere abbastanza grande da farli cadere in superficie come neve.

Il seeding delle nuvole è stato sperimentato dallo scienziato atmosferico Bernard Vonnegut, fratello del famoso romanziere Kurt Vonnegut. Nel 1947, il laboratorio di Vonnegut dimostrò che lo ioduro d'argento era un efficace nucleo di ghiaccio che poteva formare ghiaccio a temperature molto più calde rispetto ai nuclei di ghiaccio presenti in natura.

Nei successivi 40 anni, gli scienziati che studiano il seeding del cloud hanno fatto scoperte significative su quasi tutti gli aspetti della fisica delle nuvole. Nonostante questo, nel 2003, il Consiglio Nazionale delle Ricerche ha concluso che "non esiste ancora una prova scientifica convincente dell'efficacia degli sforzi intenzionali di modifica delle condizioni meteorologiche". Ciò nonostante, gli stati e le comunità hanno continuato a seminare il cloud operativo, mentre la ricerca sulla sua efficacia ha battuta d'arresto.

Il percorso per SNOWIE

Perché questi programmi esistono senza prove scientifiche che funzionano? La risposta è semplice: gli stati occidentali hanno bisogno di acqua e molti decisori ritengono che la semina delle nuvole possa essere un modo economico per produrla.

Nel 2004 lo stato del Wyoming commissionò un progetto pilota, che arrivò alla stessa conclusione di molti studi precedenti: la semina delle nuvole avrebbe potuto aumentare le precipitazioni, ma l'aumento potrebbe anche essere spiegato dalla variabilità naturale nei sistemi di tempeste. Tuttavia, un progetto gemello finanziato dalla National Science Foundation ha dimostrato che i nuovi strumenti di modellazione al computer e la strumentazione migliorata potrebbero produrre alcune nuove intuizioni.

Nel frattempo, Idaho Power Company stava collaborando con il Centro nazionale per la ricerca atmosferica per valutare il programma operativo di semina delle nuvole in corso. Da questa collaborazione è nata l'idea di utilizzare nuovi strumenti di modellizzazione del computer e una strumentazione migliorata per valutare l'efficacia del programma di semina del cloud di Idaho Power. Il risultato finale è stato il nostro progetto, le nuvole seminate e naturali dell'orizzonte invernale: l'esperimento dell'Idaho, o SNOWIE.

Da Silver Iodide a Snow

Nell'inverno del 2017, siamo partiti armati di radar sofisticati, come il Doppler on Wheels (DOW), che abbiamo posizionato in località montane, e il Wyoming Cloud Radar (WCR), che abbiamo montato su un aereo di ricerca. Questi strumenti ci hanno permesso di scrutare le nuvole per determinare dove e quando si stava sviluppando la precipitazione.

Dopo che le nuvole sono state seminate con particelle di ioduro d'argento, abbiamo usato le sonde di imaging appese dalle ali degli aerei di ricerca per esaminare i minimi dettagli delle particelle di nuvola mentre l'aereo entrava e usciva dalle regioni seminate. Solo due settimane nel nostro progetto sul campo di 10 settimane, il nostro radar ha rilevato il primo segnale innegabile di precipitazione risultante dalla semina del cloud.

Abbiamo visto segnali chiari e non ambigui che il rilascio di particelle di ioduro d'argento stava iniziando la formazione dei cristalli di ghiaccio, e che questi cristalli stavano diventando neve e cadevano sulla superficie della montagna. All'interno delle aree interessate dalla semina, le concentrazioni di cristalli di ghiaccio sono aumentate a centinaia, portando alla formazione di neve. Al contrario, a solo 1 chilometro di distanza in regioni di nuvole non seminate, la nuvola è rimasta composta principalmente da piccole gocce liquide e in gran parte prive di ghiaccio.

Come potremmo dire che ciò che abbiamo visto era in realtà dovuto al seeding del cloud? In un caso, un aereo passava avanti e indietro lungo una pista rettilinea che era perpendicolare alla direzione del vento, rilasciando ioduro d'argento. Lo ioduro d'argento cominciò a disperdersi sottovento attraverso la nube in un pennacchio a zig-zag - un modello creato dal modello di volo dell'aeromobile e che non si sarebbe verificato in modo naturale. Abbiamo visto echi radar che si sono formati in uno schema a zig-zag che corrisponde alla nostra previsione basata su quando e dove lo ioduro d'argento è stato rilasciato nelle nuvole.

La semina della nuvola può fare la differenza?

Ora che sappiamo che la semina delle nuvole può portare a nevicate, vogliamo vedere se può cambiare l'equilibrio dell'acqua su un'intera catena montuosa. I dati di SNOWIE verranno utilizzati in modelli computerizzati per testare le nostre idee su come la semina del cloud possa influenzare le nevicate stagionali e quantificarne l'impatto. In definitiva, i gestori delle risorse idriche e i funzionari pubblici vorranno sapere quante ulteriori precipitazioni possono essere prodotte a causa della semina delle nuvole e se è un modo economico per aumentare le precipitazioni nei bacini idrici locali.

Robert M. Rauber della University of Illinois, Katja Friedrich dell'Università del Colorado, Bart Geerts dell'Università del Wyoming, Roy Rasmussen e Lulin Xue del National Center for Atmospheric Research, e Mel Kunkel e Derek Blestrud della Idaho Power Company partecipato allo studio SNOWIE discusso in questo articolo.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Jeffrey French e Sarah Tessendorf. Leggi l'articolo originale qui.