Naturbrandaerosoler forbliver længere i atmosfæren end forventet

Rising 2, 225 meter op i luften på en ø i øgruppen Azorerne, Pico Mountain Observatory er et ideelt sted at studere aerosoler - partikler eller væsker suspenderet i gasser - der har tilbagelagt store afstande i troposfæren.

Troposfæren er den del af atmosfæren fra jorden til omkring 10 kilometer i luften. Næsten al atmosfærens vanddamp og aerosol findes i troposfæren, og det er også her vejret opstår. Pico-observatoriet rejser sig over det første lag af skyer i troposfæren, kendt som det atmosfæriske marine grænselag. Ved den grænse falder temperaturen hurtigt, og relativt høj luftfugtighed falder, da kølende luft tvinger vandet til at kondensere til skydråber.

Pico er ofte ringet i skyer, med sit topmøde klatrende over dem. Denne funktion gør det muligt for forskere at studere aerosoler over grænselaget, herunder et sæt på tre prøver, som et forskerhold ved Michigan Technological University for nylig observerede, der udfordrer den måde, atmosfæriske forskere tænker på aerosolældning.

I "Aerosols molekylære og fysiske karakteristika på et fjerntliggende frit troposfærested:Implikationer for atmosfærisk aldring" offentliggjort tirsdag, 2. oktober i journalen Atmosfærisk kemi og fysik , Michigan Tech-kemikere viser, at nogle aerosolpartikler - dem, der stammer fra forbrænding af skovbrande - eksisterer i længere perioder i atmosfæren og gennemgår mindre oxidation end tidligere antaget.

"Tidligere brunt kul forventedes for det meste at blive opbrugt inden for cirka 24 timer, men vores resultater antydede tilstedeværelsen af ​​betydelig brunt kulstof omkring en uge nede mod vinden af ​​dens oprindelige naturbrandkilde i det nordlige Quebec, " siger Simeon Schum, en doktorgradskandidat i kemi ved Michigan Tech og avisens første forfatter.

"Hvis disse aerosoler har en længere levetid end forventet, så kan de bidrage mere til lysabsorption og opvarmning end forventet, hvilket kan have konsekvenser for klimaforudsigelser."

Dette arbejde bygger på en tidligere artikel offentliggjort i samme tidsskrift, "Molekylær karakterisering af fri troposfærisk aerosol indsamlet ved Pico Mountain Observatory:et casestudie med en langtrækket transporteret biomasse brændende plume" (DOI:https://digitalcommons.mtu.edu/chemistry-fp/17/).

Honning eller kugler? Aerosolkonsistens forklaret

For at bestemme, hvor molekylerne i aerosoler stammer, holdet, ledet af artiklens tilsvarende forfatter og lektor i kemi, Lynn Mazzoleni, brugte et Fourier Transform-Ion Cyclotron Resonance massespektrometer, beliggende på Woods Hole Oceanographic Institution, at analysere den kemiske art af molekyler indefra prøverne.

Aerosoler, afhængig af deres kemiske og molekylære sammensætning, kan have både direkte og indirekte effekter på klimaet. Dette skyldes, at nogle aerosoler kun spreder lys, mens andre også absorberer lys, og andre optager vanddamp, ændring af skyegenskaber. Aerosoler spiller en kølende rolle i atmosfæren, men der er stor usikkerhed om omfanget af forcering og klimaeffekter.

At forstå, hvordan specifikke aerosoler oxiderer - nedbrydes - i atmosfæren, er en brik i puslespillet om at forstå, hvordan Jordens klima ændrer sig. Aerosoler antager en række forskellige konsistenser, kaldet viskositeter, afhængig af deres sammensætning og deres omgivelser. Nogle har en konsistens, der ligner olivenolie eller honning, og disse har en tendens til at oxidere hurtigere end mere størknede aerosolpartikler, som kan blive som pitch, eller endda marmorlignende.

De tre prøver analyseret af Michigan Tech-teamet hedder PMO-1, PMO-2 og PMO-3. PMO-1 og PMO-3 rejste til Pico i den frie troposfære, mens PMO-2 rejste til Pico i grænselaget. Aerosoler er mindre tilbøjelige til at forekomme i den frie troposfære end i grænselaget, men pyrokonvektion fra naturbrande kan løfte partiklerne højere op i luften. Selvom PMO-2 kun havde været i atmosfæren i to til tre dage, det havde oxideret mere end PMO-1 og PMO-3, som havde været i atmosfæren i omkring syv dage og blev vurderet til at være glasagtige i konsistensen.

"Vi var forundrede over den væsentlige forskel mellem PMO-2 sammenlignet med PMO-1 og PMO-3. Så, vi spurgte os selv, hvorfor vi ville se aerosoler på stationen, som ikke var meget oxiderede, efter at de havde været i atmosfæren i en uge, " siger Mazzoleni. "Typisk, hvis du putter noget ind i atmosfæren, som er et oxiderende miljø, i syv til 10 dage, det skal være meget oxideret, men det så vi ikke."

Kolde og tørre aerosoler

Schum sagde, at forskerholdet antog, at den første og tredje prøve var oxideret langsommere på grund af aerosolens frie troposfæriske transportvej efter at være blevet injiceret til det niveau ved skovbrande i Quebec. En sådan vej mod Pico betød lavere gennemsnitstemperatur og fugtighed, der fik partiklerne til at blive mere faste, og derfor mindre modtagelige for oxidative ødelæggelsesprocesser i atmosfæren.

At en partikel ville oxidere i en langsommere hastighed på trods af mere tid i atmosfæren på grund af dens fysiske tilstand, giver ny indsigt mod bedre forståelse af, hvordan partikler påvirker klimaet.

"Skovbrande er en så stor kilde til aerosol i atmosfæren med en kombination af køle- og opvarmningsegenskaber, at forståelsen af ​​den sarte balance kan have dybtgående konsekvenser for, hvor præcist vi kan forudsige fremtidige ændringer, " siger Claudio Mazzoleni, professor i fysik, og en af ​​avisens forfattere.

Efterhånden som skovbrande øges i størrelse og hyppighed i verdens tørre områder, flere aerosolpartikler kunne sprøjtes ind i den frie troposfære, hvor de er langsommere til at oxidere, bidrager med en anden vigtig overvejelse til studiet af atmosfærisk videnskab og klimaændringer.