Kaosteori giver en måde at bestemme, hvordan forurenende stoffer rejser

Flydende luftpartikler efter katastrofer og andre store geologiske begivenheder i stor skala kan have en varig indvirkning på livet på Jorden. Vulkanisk aske kan projiceres op til stratosfæren og standse lufttrafikken ved at blive hængende i atmosfæren i flere måneder. Partikler fra arbejdsulykker har potentiale til at rejse hele halvkugler, før de falder til jorden. En ny model, der trækker på kaosteori, og offentliggjort i denne uges Kaos , fra AIP Publishing, ser ud til at hjælpe med at forudsige, hvordan partikler bevæger sig i sådanne hændelser med henblik på potentielle anvendelser til geoingeniør til bekæmpelse af klimaændringer.

Ved hjælp af tilgængelige vinddata, forsker Tímea Haszpra udviklede en model til at følge luftpartikler, når de rejser rundt om kloden. Brug den, hun har genereret kort, der kan bruges som atlas til at forudsige, hvordan partikler, såsom vulkansk aske eller forurening, vil blive spredt over verden.

"En af de mest overraskende dele af forskningen er den brede vifte af individuelle levetider, "sagde hun." Levetiden varierede fra cirka to til 150 dage for typiske vulkanske askepartikler. Mere end 10% af de mindre partikler overlever i atmosfæren så meget som et år, og mere end 1% overlever to år. "

Atmosfærisk partikelbevægelse udviser fraktallignende adfærd, og når data er specielt filtreret, et objekt, der styrer kaotisk partikelbevægelse og kaldes en kaotisk sadel, kan findes. Stierne for hver simuleret partikel viser egenskaber, der forbigående bringes sammen af ​​ændringerne i atmosfærens strømning, ligner at sidde på sadlen, inden du falder af sadlen og, følgelig, falder til jorden.

Generelt, hun fandt ud af, at partikler, der kommer fra området omkring ækvator, forbliver i atmosfæren i længst tid, og partikler mindre end en mikron kunne blive i atmosfæren i årevis, før de faldt.

Den gennemsnitlige levetid for en partikel i luften er omkring en måned, men de fandt også ud af, at partikler i et område af et kort kunne være i luften op til 10 gange så lange som partikler i nærheden på kortet. Hvordan disse levetider blev fordelt rundt om i verden varierede afhængigt af sæsonen.

For at illustrere begreberne i papiret, Haszpra har oprettet et online spil, kaldet RePLaT-Chaos, der lader spillerne lære emnet atmosfærisk advektion ved at oprette og teste deres egne vulkanudbrud.

Haszpra mener, at hendes fund kan informere fremtidige bestræbelser, der er blevet foreslået at bruge solreflekterende luftpartikler til at modvirke klimaændringer. Hun planlægger at udvide dette arbejde ved at inkorporere historiske meteorologiske data og klimamodeller for bedre at forstå, hvordan spredning af partikler kan ændre sig, når klimaet ændrer sig.