Università di Torino, nelle micro-gocce delle nubi: scoperta una fonte inattesa di perossidi

L’atmosfera non è un semplice involucro gassoso che avvolge il pianeta. È un ambiente dinamico, stratificato, attraversato da una trama di reazioni che avvengono anche dentro strutture invisibili a occhio nudo: le micro-gocce d’acqua sospese negli aerosol, nelle nubi e nelle nebbie. È in questi spazi minuscoli che si gioca una parte rilevante dell’equilibrio tra inquinamento, salute e clima.

Uno studio internazionale pubblicato su Science Advances ha individuato una sorgente finora non riconosciuta di perossidi, molecole altamente ossidanti che influenzano in modo significativo la chimica atmosferica. La scoperta contribuisce a chiarire un’anomalia osservata da tempo: concentrazioni di perossidi nelle nubi spesso superiori rispetto a quelle previste dai modelli teorici.

Perossidi e atmosfera: un equilibrio delicato

Tra i composti più noti di questa famiglia figura il perossido di idrogeno (H₂O₂), molecola reattiva che partecipa a trasformazioni decisive. In presenza di anidride solforosa, ad esempio, favorisce la formazione di solfati, componenti chiave del particolato fine e delle piogge acide. Allo stesso tempo contribuisce a determinare la cosiddetta capacità ossidante dell’atmosfera, ossia la propensione dell’aria a trasformare e degradare gli inquinanti.

I perossidi intervengono anche nei processi di nucleazione e crescita delle particelle, influenzando dimensioni e proprietà degli aerosol. Di conseguenza, incidono indirettamente sulla formazione delle nubi e sulla loro capacità di riflettere o assorbire la radiazione solare, con ripercussioni sul bilancio energetico terrestre.

Nonostante decenni di ricerche, le misure effettuate in quota e nelle camere di simulazione atmosferica restituivano valori di perossidi difficili da spiegare. Mancava un tassello nella rete delle reazioni note.

La fotochimica degli α-chetoacidi

Il gruppo di ricerca ha individuato quel tassello nella fotochimica degli α-chetoacidi, molecole organiche che si formano in atmosfera quando composti emessi da vegetazione, traffico o attività industriali reagiscono sotto l’azione della luce solare e di altri ossidanti. Una volta prodotti, questi composti tendono ad accumularsi nelle gocce d’acqua degli aerosol e delle nubi.

Gli esperimenti di laboratorio hanno mostrato che, quando soluzioni acquose contenenti α-chetoacidi vengono illuminate con una radiazione simile a quella solare, si attivano reazioni capaci di generare direttamente perossido di idrogeno, perossidi organici e altre specie ossidanti.

«Abbiamo osservato che gli α-chetoacidi, quando assorbono luce solare nelle gocce d’acqua, possono trasformarsi producendo perossidi in modo diretto», spiega Davide Vione, professore al Dipartimento di Chimica dell’Università di Torino e tra gli autori dello studio. «È un meccanismo che finora non era stato quantificato con chiarezza.»

Un elemento determinante è l’acidità del mezzo. Le reazioni risultano più efficienti in condizioni acide, una caratteristica comune a molti aerosol urbani e industriali. In particelle con pH basso, dunque, questa via chimica potrebbe avere un peso rilevante.

Le stime elaborate dai ricercatori indicano che il processo identificato potrebbe contribuire per una quota compresa tra il 5 e il 15% del perossido di idrogeno presente in aerosol e nubi: un intervallo che, su scala globale, assume rilievo.

Dalla goccia al sistema climatico

Il lavoro integra esperimenti controllati, tecniche analitiche ad alta risoluzione, calcoli teorici e modelli atmosferici avanzati. Questo approccio ha consentito di collegare ciò che accade in una singola micro-goccia ai fenomeni osservabili nell’atmosfera reale, dove miliardi di particelle interagiscono in modo continuo.

Una migliore comprensione delle fonti di perossidi raffina le previsioni sulla formazione del particolato fine e migliora l’affidabilità dei modelli di qualità dell’aria. Inoltre, chiarire come si generano specie ossidanti all’interno delle nubi aiuta a interpretare l’evoluzione chimica degli aerosol e il loro impatto sul clima.

Serviranno campagne di misura sul campo per valutare con precisione l’estensione globale del fenomeno. Intanto, la scoperta ricorda quanto i processi microscopici possano avere conseguenze macroscopiche: dentro gocce d’acqua sospese a centinaia di metri dal suolo si sviluppano reazioni che contribuiscono a definire la qualità dell’aria che respiriamo e gli equilibri radiativi del pianeta.