F e n o m e n i t r o p o s f e r i c i di t r a s p o r t o e d i f f u s i o n e a g r a n d e s c a l a p o s t i i n e v i d e n z a da t r a c c i a n t i r a d i o a t t i v i G I O R G I O F E A - A D R I A N O GAZZOLA Ricevuto il 15 Giugno 1961 P R E M E S S A . In Meteorologia, tra i problemi che presentano maggior difficoltà, sia per Vindagine teorica che per quella sperimentale, vi sono quelli relativi alla determinazione delle traiettorie delle masse d'aria nei loro moti oriz- zontali e verticali, e quelli relativi alla valutazione dei fenomeni di diffu- sione che accompagnano tali moti. Si pensi che le traiettorie, relativamente brevi nei fenomeni « locali », giungono a compiere anche uno o più volte il giro del globo. Analogamente, e in particolare, i fenomeni di diffusione si svolgono a scale estremamente diverse: da quella submicroscopica molecolare degli strati aderenti al stiolo, a quella continentale od emisferica delle onde ci- cloniche. Infatti nei processi di « scambio » fra strati sovrapposti o adiacenti, da percorsi del milionesimo di millimetro e tempi di percorso del cento- milionesimo di secondo, si passa a percorsi di migliaia e decine di migliaia di chilometri con tempi dell'ordine del giorno o della settimana. Cosicché i relativi coefficienti di diffusione variano fra valori i cui estremi stanno fra loro come uno a un migliaio di miliardi. Tra i fenomeni permanenti o saltuari, dovuti alla natura o agli espe- rimenti dell'uomo, che possono agevolare le ricerche sui moti delle masse d'aria e sulla loro diffusione, sono di particolare ausilio quelli della radio- attività naturale e della radioattività artificiale. Le sostanze radioattive possono infatti essere utilizzate nell'atmosfera come « traccianti », in modi analoghi a quelli coi quali esse sono utilizzate negli studi di biologia e medicina. 1 6 G . F E A - A . G A Z Z O L A Il lavoro che si presenta costituisce appunto un tentativo di indagine sommaria sulle possibilità di studio delle reali traiettorie seguite dalle masse d'aria che si trovavano sulla zona dell'esplosione ìiucleare francese avvenuta nell'interno del Sahara il 13 Febbraio del 1960. In quel momento infatti l'armosfera, particolarmente priva di prodotti nucleari artificiali, ben si prestava a porre in evidenza quantitativi anche piccolissimi di tali sostanze. Già in occasione del X Convegno dell'Associazione Geofìsica I t a l i a n a sono stati esposti i primi risultati degli studi in corso presso la Divisione Studi e Ricerche del Servizio Meteorologico d e l l ' A . M . sulla circolazione nella troposfera, studi condotti avvalendosi come traccianti dei prodotti di fissione emessi nelle prime due esplosioni nucleari francesi. Sull'argomento sono s t a t i pubblicati due articoli: il primo sugli A t t i del X Convegno d e l l ' A . G . I . (J); il secondo, più ampio, sulla Rivista di Meteor. Aeronaut. (2). Da p a r t e sua I . Brauer, del Servizio Meteorologico Tedesco, ha condotto uno studio analogo al nostro sulle conseguenze della prima esplosione nucleare francese(ù); tale lavoro è giunto a nostra conoscenza solo di recente. I n esso sono s t a t e t r a t t e conclusioni che in p a r t e con- cordano con quelle da noi dedotte ed in p a r t e contrastano con esse. I n questa relazione discuteremo i p u n t i di c o n t a t t o e quelli controversi; è bene premettere che i d a t i su cui i due studi sono basati si integrano a vicenda, in quanto i tedeschi erano a conoscenza dei dati non posseduti da noi e viceversa. P e r facilitare la l e t t u r a di quanto seguirà si ritiene opportuno rie- pilogare brevemente le nostre opinioni, riportando dall'articolo prece- dentemente pubblicato sulla Rivista di Meteorologia Aeronautica alcuno p a r t i essenziali ed alcune figuro. L'esame dei dati di r a d i o a t t i v i t à e quello delle situazioni meteo- rologiche esistenti nel periodo successivo all'esplosione ci ha indotto a distinguere i q u a t t r o casi di trasporto di polveri radioattive schematiz- zati in Fig. 1. Di questi q u a t t r o casi i primi t r e sono i più importanti. Essi presentano le seguenti caratteristiche fondamentali: Tipo A: Trasporto nell'alta troposfera per mezzo delle correnti occiden- tali ed in particolare nel getto. I l m o t o è generalmente, veloce e la radioattività a u m e n t a rapidamente con la quota. Tipo B : Trasporto nella bassa e media troposfera, con convogliamento nelle grandi celle anticicloniche subtropicali (alisei). Il moto è rela- F E N O M E N I T R O P O S F E R I C I D I T R A S P O R T O E D I F F U S I O N E , E C C . 1 7 Fig. 1. - Tipi di t r a s p o r t o di polveri r a d i o a t t i v e 1 8 G . F E A - A . G A Z Z O L A tivaraente lento e l ' a t t i v i t à radioattiva diminuisce rapidamente con la quota. Tipo C: Trasporto sull'Italia di polveri risollevate in condizioni di tur- bolenza nei bassi strati: Tipo C2 - Trasporto diretto sull'Italia. I n tali casi l'aria affluente contiene notevoli q u a n t i t à di sabbia di origine sahariana. | Fig. 2. - P e r c o r s o presumibile, a 500 mb, della n u b e (li Tipo A p r o d o t t a dalla p r i m a esplosione s a h a r i a n a . F E N O M E N I T R O P O S F E R I C I D I T R A S P O R T O E D I F F U S I O N E , E C C . 24 Tipo C\ - Trasporto di ritorno sull'Italia, a causa di modeste cir- colazioni, interessanti i bassi strati, sull'Africa Settentrionale. Nei casi di trasporto di Tipo C sono s o p r a t t u t t o interessate le loca- lità più vicine all'origine; l ' a t t i v i t à radioattiva decresce con la quota. Nel lavoro tedesco sono s t a t i presi in considerazione solo t r a s p o r t i dei tipi da noi classificati come A e 0 ; in particolare non è s t a t a esami- Fig. 3. - T r a i e t t o r i a della n u b e r a d i o a t t i v a t r o p o s f e r i c a p r o d o t t a d a l l a pri- m a esplosione s a h a r i a n a , secondo l ' i n t e r p r e t a z i o n e di B r a u e r . 2 0 G . F E A - A . G A Z Z O L A n a t a la possibilità della formazione di u n a nube di tipo B, t r a s p o r t a t a dagli alisei nei bassi strati della atmosfera. L a formazione di nubi di tale tipo era già stata posta in evidenza in un articolo di P . A . Sheppard (4) sulla dispersione delle particelle radioattive nell'atmosfera. Manca inoltre, nel lavoro di Brauer, ogni considerazione sulla distribuzione verticale della radioattività. Le traiettorie seguite dalla nube principale di tipo A, conseguente alla prima esplosione atomica, tracciate da noi e dai tedeschi, concor- dano in modo abbastanza soddisfacente, p u r esistendo differenze, dovute a diversità di criteri nel tracciamento ed a inevitabili discordanze di valutazione (Figg. 2 e 3). La prima p a r t e del percorso sino al Giappone è s t a t a tracciata da Brauer sulla base del f a t t o che il giorno 17 Febbraio venne osservata a Tokio la presenza nelle precipitazioni di a t t i v i t à b e t a d o v u t a a prodotti di fissione recenti; la velocità media con cui la nube avrebbe dovuto viaggiare nell'alta troposfera per raggiungere Tokio a tale d a t a è s t a t a assunta come u n a misura empirica del trasporto della nube radioattiva; mentre il percorso successivo venne tracciato in base ai venti a 500 m b , che furono ritenuti rappresentare in modo soddisfacente l'ordine di grandezza della velocità di trasporto della nube. Noi invece (che non eravamo in possesso dei d a t i giapponesi) ci siamo limitati a considerare il trasporto nella media troposfera, scegliendo, per t u t t o il tragitto, il livello di riferimento di 500 mb. Il f a t t o che la nostra traiettoria indichi il passaggio della nube in prossimità del Giappone il giorno 19, cioè due giorni dopo il 17, non è in contrasto essenziale con le osservazioni, in quanto a Tokio la radioattività f u registrata in corrispondenza del pas- saggio di u n marcato f r o n t e freddo, il quale determinò precipitazioni che trascinarono al suolo i prodotti di fissione esistenti nell'alta troposfera. Ora le correnti a 300 m b erano n e t t a m e n t e più forti che non a 500 mb. Per quanto si riferisce all'arrivo della nube troposferica radioattiva sull'Europa occidentale i dati italiani (che non erano in possesso dei te- deschi) consentono di affermare (riteniamo senza ombra di dubbio) t r a t - tarsi del passaggio della nube di tipo A, che h a effettuato il giro dell'e- misfero e che è giunta sull'Italia con correnti da N W il giorno 28 (Fig. 4). La precisazione che si t r a t t a s s e di u n a nube di tipo A si è r i t e n u t a opportuna, in quanto Brauer ha p r o s p e t t a t o la possibilità che si t r a t t a s s e di prodotti direttamente provenienti dalla regione di esplosione, con- vogliata da u n ' a l t a pressione al suolo ed in quota, esistente in quei giorni sull'Africa nord-occidentale; tali prodotti si sarebbero successivamente immessi entro la corrente occidentale principale. F E N O M E N I T R O P O S F E R I C I D I T R A S P O R T O E D I F F U S I O N E , E C C . 2 1 Tale interpretazione è b a s a t a sul presupposto che in q u o t a esistesse ancora sulla regione (li esplosione, a t a n t i giorni da quello dell'esperi- mento, un'imponente « riserva » di polveri radioattive. Tale « riserva » si sarebbe f o r m a t a a causa di moti di subsidenza al disopra dell'inversione, che in genere, nelle regioni subtropicali interessate dalla fascia delle alte pressioni in quota, limita superiormente lo strato convettivo. Fig. 4. - I s o p l e t e di r a d i o a t t i v i t à r e l a t i v e a l l ' I t a l i a (periodo dal 13 F e b b r a i o al 2 Marzo 1960 - valori in pc/m 3 ). Tale possibilità, da noi non presa in considerazione, che f u già og- getto di precedenti ricerche (5) (•) è a l t a m e n t e suggestiva; essa ci sembra debba essere presa in particolare considerazione nei trasporti di tipo C, nei casi cioè in cui, specialmente in corrispondenza di u n passaggio fron- tale freddo, la distruzione temporanea dell'inversione e la turbolenza potrebbero portare nei bassi strati i p r o d o t t i della « riserva » che si ag- giungerebbero a quelli immessi nell'atmosfera per il risollevamento tur- bolento di polversi radioattive. Non ci sembra peraltro giustificabile l'ipotesi che tale « riserva » debba essere s t a t a così imponente clic i prodotti da essa prelevati, a t a n t i giorni da quello dell'esplosione, possano determinare valori di radioattività così elevati quale quello di 15 pc/m3 registrato a Pian Kosà il giorno 29 Febbraio. 2 2 G . F E A - A . G A Z Z O L A Le opinioni di Brauer e le nostre concordano nell'ammettere che i valori di 0,8 e 0,9 pc/m3 registrati nell'aria a Monaco nei giorni 21 e 22 II (e che l'analisi radiochimica ha dimostrato essere dovuti a prodotti di fissione recenti) possano attribuirsi a trasporto di tipo 0 di polveri sahariane in situazioni di scirocco e nel ritenere i m p o r t a n t e l'effetto dei passaggi frontali freddi sul risollevamento di polveri sahariane conta- minate. Una grande perplessità desta invece in noi l'interpretazione tedesca degli alti valori registrati nell'America Centrale. Secondo la nostra in- terpretazione tali alti valori sono da imputarsi ad u n a nube di tipo B, ti a s p o r t a t a dagli Alisei nei bassi strati dell'atmosfera; per tale nube l'inversione subtropicale di subsidenza agisce essenzialmente come sbar- r a m e n t o per il sollevamento dei prodotti di fissione ai livelli superiori. Si può così spiegare la forte concentrazione delle polveri radioattive in F E N O M E N I T R O P O S F E R I C I D I T R A S P O R T O E D I F F U S I O N E , E C C . 2 3 Fig. 6. - Tsoplete di r a d i o a t t i v i t à a l u n g a v i t a secondo i m e r i d i a n i I 10° W e 80° W (periodo dal 13 F e b b r a i o al 30 Marzo 19(50 - valori in pc/m 3 ). 2 4 G . F E A - A . G A Z Z O L A tale nube anche a grande distanza dall'origine. La circolazione predo- minante nei bassi strati nel periodo considerato può essere bene rappre- s e n t a t a dalla situazione al suolo del 20 Febbraio (Fig. 5). Si osservino in Fig. 6 le isoplete di radioattività dell'aria relative a due sezioni tem- porali eseguite lungo i meridiani 80° e 110° W ; in Fig. 7 sono riprodotte le ubicazioni delle località le cui osservazioni sono state utilizzate per l'elaborazione della Fig. 6. TI f a t t o che la nube sia p e r v e n u t a prima sulla località più orientale (Paramaribo) t r a quelle delle latitudini più basse intorno a 20° Nord e poi alle località più occidentali, (Curagao prima e Miraflores poi) è u n a conferma della nostra interpretazione. I bassi valori successivamente Pig. 7. - Ubicazione delle località i cui d a t i sono s t a t i utilizzati p e r t r a c c i a r e le isoplete di Fig. 6. registrati a San J u a n e Miami sono attribuibili a prodotti di dispersione dalla nube principale di tipo B, deviati verso Nord dalle correnti dei bassi strati esistenti sulla regione ai primi di Marzo. È da notare, a cpiesto riguardo, che non risulta che Brauer fosse a conoscenza dei dati di Curagao e di P a r a m a r i b o (stazioni facenti p a r t e della rete olandese di osservazione) né di quelli degli S t a t i Uniti forniti d a l l ' U . S . D e p a r t m e n t of H e a l t h , Educatimi and Welfare. U n a conferma a posteriori del nostro p u n t o di vista ci viene offerto dall'articolo stesso di Brauer, che ci fornisce i risultati che W a r d e Marr (') dedussero dalle osservazioni e f f e t t u a t e nel Ghana. A Tamale infatti, 1800 k m a sud di Reggane, giungeva, 3 giorni dopo l'esplosione, u n a nube radioattiva che faceva registrare l'altissimo valore di 1000 F E N O M E N I T R O P O S F E R I C I D I T R A S P O R T O E D I F F U S I O N E , E C C . 2 5 pc/m3 e i cui effetti si protraevano per circa 10 giorni. Sono le polveri radioattive contenute in tale nube, che deviate successivamente verso occidente dalle correnti orientali della p a r t e inferiore della cella anti- ciclonica subtropicale, hanno in seguito raggiunto l'America Centrale Oltre che per le ragioni precedentemente esposte l'interpretazione di Brauer non ci convince per i seguenti motivi: a) U n a biforcazione del flusso in quota a occidente delle Hawaii può essersi verificata il giorno 19 (rivedasi la Fig. 3); m a ci sembra che il suo effetto non abbia p o t u t o essere altro che quello di produrre u n a dispersione laterale (sia pure notevole) dalla nube principale di tipo A, dispersione che riteniamo responsabile dei valori registrati a Mauna Loa, nelle Hawaii. U n a notevole q u a n t i t à dei prodotti dispersi avrebbe do- vuto però entrare a far p a r t e della circolazione dell'anticiclone sub- tropicale ed essere risospinta verso l'Asia. L a p a r t e dei p r o d o t t i t r a - sportata verso levante lungo la nuova traiettoria avrebbe dovuto essere scarsa, molto diffusa, ed avrebbe dovuto spostarsi con velocità n e t t a - mente inferiori a quelle relative al percorso più settentrionale. b) P e r quanto i dati meteorologici in nostro possesso relativi all'America Centrale siano scarsi, ci sembra di poter escludere che du- rante il periodo fine Febbraio-inizio Marzo si siano verificati sia la pre- senza di u n a ben definita goccia f r e d d a in quota (di cui parla l'articolo) sia un imponente e persistente trascinamento al suolo di aria superiore subsidente, estremamente secca. Tale trascinamento avrebbe dovuto avvenire in concomitanza con un nucleo anticiclonico in quota, centrato sulle regioni sud occidentali degli S t a t i Uniti e sul Messico, a l t a pressione di cui non esiste traccia a 500 m b . Il golfo del Messico è s t a t o invece interessato in tale periodo da zone depressionarie nei bassi strati, associate a perturbazioni di carattere f r o n t a l e e nella zona del Mar dei Caraibi hanno predominato, in prossimità del suolo, correnti umide' provenienti da oriente. RIASSUNTO Si espongono alcuni risultati degli studi compiuti presso il Servizio Meteorologico dell'A. M. sui fenomeni troposferici di trasporto e diffusione a grande scala dei prodotti di fissione immessi nell'atmosfera in conseguenza della prima esplosione nucleare Sahariana. 31 G . F E A - A . GAZZOLA Si confrontano tali risultati con quelli ricavati da un analogo studio, condotto presso il Servizio Meteorologico Tedesco, discutendo le principali divergenze d'interpretazione. SU M MARY Some results of studies, carried out ai Italian Air Force Weather Service, on tropospheric phenomena of large scale difjusion, and transfer of fission products, merged into the atmosphere as a eonsequence of first Sahara nuclear blast, are here presented. Tliese results are then compared iviih tliose obtained by a similar study iarried out at German Weather Service, and more important disagreements cn interpretation are finally discussed. B I B L I O G R A F I A ( ! ) F E A G . , G A Z Z O L A A., M O N T A L T O M . , Esempi di impiego di traccianti radioattivi nello studio dei moti atmosferici, « A t t i del X Convegno del- l'Associazione Geofìsica I t a l i a n a ». (2) — — — Ricerche sui moti atmosferici a grande scala, condotte sulla base di osservazioni della radioattività a lunga vita, « R i v i s t a di Meteorologia A e r o n a u t i c a », 3, ( L u g l i o - S e t t e m b r e 1961). (3) BRAUER, Von I., Die Verfrachtung radioaktiver Scliwaden nacli dem fran- zósisclien Atomtest in der Sahara vom 13-2-1960, « A t o m k e r n e n e r g i e », 1, 6, (1961). ( 4 ) S I I E P P A R D , P . A . , Dispersione di particelle radioattive nell'atmosfera. « Rivi- s t a di Meteorologia A e r o n a u t i c a », 3, ( L u g l i o - S e t t e m b r e 1959). (6) NEUWIRTH, R., Mei. Auswertung von Messungen der kunstHchen Radio- aktivitàt der Luft und des Niederschlagens, «Geoflsica p u r a ed a p p l i c a t a » , 32, (1955). ( 6 ) I S R A E L H . e R E I F F E R S C H E I D 1 1 . , Bemerlcungen zur radioalctiven Ver- seuchung der Atmosphàre. « A t o m e n e r g i e », 3, 250, (1958). ( 7 ) W A R D a n d M A R R , Radioactive Fallout in Ghana, « N a t u r e 4739 », ( J u l y 23, 1960).