Undersøgelse sår tvivl om opvarmningsimplikationer af brun kulstofaerosol fra skovbrande

Mens ødelæggende naturbrande fortsætter med at rase i det vestlige USA og Canada, et team af miljøingeniører ved Washington University i St. Louis har opdaget, at lysabsorberende organiske partikler, også kendt som brun kulstof aerosol, i en skovbrand mister røgen sin evne til at absorbere sollys, jo længere den forbliver i atmosfæren.

Rajan Chakrabarty, Assisterende professor, og Brent Williams, Raymond R. Tucker Distinguished InCEES Career Development Associate Professor, begge aerosolforskere i Energiministeriet, Environmental &Chemical Engineering i School of Engineering &Applied Science, og deres laboratorier fandt ud af, at brun kulstofaerosol ændrer dens egenskaber fra lysabsorberende til lysspredning, jo længere den forbliver i atmosfæren. Når det først udsendes, røgen er brun og virker opvarmende på atmosfæren. Men over flere dage i atmosfæren, røgen bliver gradvist hvid og har en markant reduceret opvarmningseffekt. Den resulterende hvide røg bidrager groft sagt til en reduktion på 46 procent i lysabsorption sammenlignet med den brune røg.

"Vores undersøgelse sår tvivl om de opvarmende konsekvenser af brunt kulstof, " sagde Chakrabarty. "Hvis denne livscyklusanalyse ikke tages i betragtning, klimamodeller kan meget vel give anledning til overvurderede værdier af opvarmning på grund af disse aerosoler."

Resultaterne af forskningen blev offentliggjort i tidlig onlinepublikation i Miljøvidenskab og teknologibreve 21. sept.

Mens forskere allerede har identificeret sort kulstof, eller sod, som det vigtigste lysabsorberende og opvarmende middel, mindre er kendt om virkningerne af brunt kulstof fra ulmende skovbrande på atmosfæren. Der er mange usikkerheder med hensyn til disse aerosols rolle i at forbedre atmosfærisk opvarmning, sagde forskerne.

Chakrabarty, Williams og deres laboratoriemedlemmer gjorde opdagelsen ved at brænde tørvebrændstoffer, erhvervet fra forskellige regioner i Alaska med hjælp fra U.S. Forest Service, i deres forbrændingskammer. Ulmende tørvebrande i de boreale skove er en vigtig kilde til organiske aerosol- og kulstofemissioner. I et unikt simuleret miljø, holdet studerede ændringerne i fysikken, kemi, optiske egenskaber og sammensætning af den brune kulrøg over flere dage. Ved at udsætte røgen for ultraviolet stråling og oxidanter, såsom ozon, i en fotokemisk reaktor, de kunne efterligne de naturlige virkninger i atmosfæren.

Da røgen først blev udsendt fra forbrændingerne, det var en mudret brun fra den måde, det absorberede de kortere synlige bølgelængder (blå til grøn).

"Vi så, at når røgen ældes i vores simulerede atmosfære, vi øger i hvilket omfang de kemiske ændringer kan ske, " sagde Williams, direktør for Washington University Climate Change Program (WUCCP). "Da denne kemi forekommer i atmosfæren, røgpartiklerne får en lysere farve som dagene går. Hvis partiklerne altid forblev brune, de ville fortsætte med at bidrage til opvarmningen, fordi de absorberer mere stråling. Hvis de efter et par dage i atmosfæren bliver hvide, de vil begynde at bidrage til afkøling ved at sprede mere stråling. "

Chakrabarty sagde, at resultaterne vil være gavnlige for forskere til at finjustere klimamodeller og satellitgenfindingsalgoritmer. Det vil også hjælpe flere føderale agenturer, der arbejder på at forstå naturbrande.

"Naturbrande vil være den største kilde til luftforurening på grund af årtiers brandbekæmpelse og øget brændstofbelastning, "Sagde Chakrabarty." Vi har til en vis grad udøvet kontrol med regelmæssige emissioner, fra køretøjer og industrier, men dette er naturen, og det er meget svært at kontrollere."

Williams sagde, at den mangeårige arealforvaltning i Vesten og opvarmningen i den nordlige del af landet har ført til en stigning i brændbare brændstoffer, efterhånden som klimaændringer er blevet mere udbredte.

"Begivenheder som tørke, oversvømmelser og invasive skadedyr kan alle dræbe din vegetation, så du har stående, død vegetation med en hel skovbund fuld af brændstof klar til at gå, " sagde Williams. "Alle vores modeller forudsiger, at disse brande vil blive mere ekstreme. Ud over de klimakonsekvenser, der var fokus på denne undersøgelse, Luftkvalitetsstyringsdistrikter er også meget bekymrede over de sundhedsmæssige konsekvenser for samfund, der vil have dårligere luftkvalitet på grund af disse skovbrande."