Organiske aerosoler i fjerntliggende områder har kortere levetid end forskerne antog

Omgivende aerosoler – de små blandinger af væsker og faste stoffer suspenderet i luften – spiller vigtige roller i Jordens klima, så meget, at videnskabsmænd er på vej til fjerntliggende steder for bedre at forstå dem.

Jordens atmosfære er et kompliceret system. Det er umuligt at måle alle aspekter af det overalt hele tiden. Modeller kan beskrive atmosfæren i stor skala, men de er afhængige af en forståelse af de processer, der foregår i atmosfæren. Laboratorieforsøg og feltobservationer kan give oplysninger om disse processer. Ambient aerosoler er en kompleks ingrediens i atmosfæren, som er særligt udfordrende for modeller. De har betydelige effekter, herunder deres evne til direkte at absorbere eller reflektere lyset, der kommer ind i jordens atmosfære. For at matche observationer, modelbyggere skal vide, hvordan og hvornår de kemiske komponenter i aerosoler kommer ind og ud af systemet.

En manglende brik i puslespillet er, hvad der sker med det organiske, som tegner sig for omkring halvdelen af ​​massen af ​​aerosoler, i den fjerne frie troposfære. Den frie troposfære er det normalt ikke-turbulente område af atmosfæren over området, der er direkte påvirket af Jordens overflade. Forskere rapporterede på American Geophysical Union Fall Meeting i 2017 i New Orleans, at levetiden for organiske aerosoler i denne region er i størrelsesordenen 10 dage, langt kortere end forskerne tidligere har antaget. I den nye forskning, videnskabsmænd brugte nye metoder til at lave disse estimater baseret på data indsamlet under flyvninger i de første to Atmospheric Tomography Mission (ATom) kampagner.

At finde ud af, hvor længe aerosoler hænger rundt, er absolut nødvendigt for at balancere variablerne i modeller, ifølge Charles Brock, en fysiker hos NOAA, der arbejdede på et separat ATom-projekt. "Konsekvenserne af det er meget store for klimaændringer, fordi disse partikler påvirker skyer og Jordens strålingsbudget, " sagde Brock.

Gennemsnitlig, organiske aerosoler lever i atmosfæren i 6 dage, men den værdi gælder mere for de velundersøgte regioner over eller tæt på kontinenterne, ifølge Pedro Campuzano Jost, en atmosfærisk kemiker ved Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences i Boulder, Colorado, som præsenterede den nye forskning. For de fjerntliggende oceaniske områder studeret i ATom, modelbyggere antog, at aerosoler forlod atmosfæren ved at blive vasket ud af nedbør eller faldet til jorden, og at det var en endnu langsommere proces i den ikke-turbulente frie troposfære. Så deres nuværende modeller overvurderer en levetid på omkring 40 dage.

ATom bruger et NASA DC-8 flyudstyret instrument, der prøver atmosfæren over Stillehavet og Atlanterhavet for at lære, hvordan menneskeskabt luftforurening transformerer atmosfærens kemi, især i fjerntliggende områder, hvor målinger mangler. I den nye forskning, Jost og hans medforfattere brugte flyets instrumenter til at bestemme den kemiske sammensætning af aerosoler over de to oceaner. ATom gav dem øjebliksbilleder af den atmosfæriske kemi i løbet af sommeren 2016 og vinteren 2017. Hver kampagne bestod af 11 flyvninger over en 23-dages periode. Flyet fløj op og ned fra omkring 180 meter (590 fod) fra havoverfladen op til 12 kilometer (7,5 miles) i højden for at fange de kemiske og fysiske egenskaber af gasser og aerosoler i luftprøverne over en kontinuerlig række af højder .

Forskerne brugte disse målinger til at bestemme alderen på de luftmasser, der blev udtaget af flyet - eller hvor længe aerosolerne havde været i atmosfæren. De bestemte alderen på de organiske aerosoler med et fotokemisk ur. Fordi ikke-methan-carbonhydrider er allestedsnærværende i troposfæren, de kan tjene som indikatorer for de aldrende fotokemiske processer. Tidligere undersøgelser har fundet ud af, at koncentrationsforholdet mellem to forskellige kulbrinter er mest nyttigt, fordi det ikke er så følsomt over for fortynding som koncentrationerne alene er. Uret baseret på ethan/propan-forholdet var det mest egnede til den tidsramme, der blev betragtet i denne undersøgelse, forklarede Jost.

Med dette ur, forskerne estimerede en levetid for organiske aerosoler i den fjerne frie troposfære på 8-12 dage. Jost kender endnu ikke den nøjagtige mekanisme for denne kortere levetid, men fremtidige modelsimuleringer kan give ham et fingerpeg. Mulighederne, han sagde, omfatte direkte nedbrydning af de organiske aerosoler ved sollys eller nedbrydning af det organiske materiale af sporradikaler, der produceres af sollys.

"Vi ved, at der er stor usikkerhed i den strålingspåvirkning af aerosoler, både direkte og indirekte virkninger, " sagde Megan Willis, en kemiker ved University of Toronto, som ikke var involveret i den nye forskning. "En af de vigtigste mængder, som vi skal have styr på for at begynde at lukke disse fejlbjælker og reproducere aerosolmodeller er, hvor effektivt det fjernes, eller hvad er tidsskalaen, hvorpå det fjernes." Willis sagde, at hun var spændt på at se målene præsenteret på plakaten, da de kan forbedre de nuværende modeller.

Jost planlægger næste gang at inkorporere ATom-data indsamlet i efteråret 2017 og data, der skal indsamles i foråret 2018. Tilføjelse af de kommende data vil gøre resultaterne mere robuste, han sagde.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af blogs om jord- og rumvidenskab, vært af American Geophysical Union. Læs den originale historie her.