Forskere rapporterer årlige variationer af iskernedannende partikelkoncentrationer på forskellige arktiske steder

For første gang, et internationalt forskerhold ledet af Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) har undersøgt atmosfæriske iskernende partikler (INP'er) i iskerner, som kan give indsigt i typen af ​​skydække i Arktis i løbet af de sidste 500 år. Disse INP'er spiller en vigtig rolle i dannelsen af ​​is i skyer, og dermed have en stor indflydelse på klimaet. Indtil nu, imidlertid, der er kun få målinger, der kun stammer fra et par årtier tilbage. Den nye metode kunne give information om historiske skyer fra klimaarkiver og dermed lukke store huller i viden i klimaforskningen.

Holdet fra TROPOS, Københavns Universitet, skriver universitetet i Bern og Paul Scherrer-instituttet i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve at fund om variationer i koncentrationerne af iskernende partikler i atmosfæren gennem århundreder ville hjælpe klimaforskere til bedre at forstå fremtidige klimaforandringer.

Klimaarkiver er vigtige for at rekonstruere det tidligere klima og fremsætte udsagn om klimaets udvikling i fremtiden. I Europa, vejret er kun blevet observeret og registreret regelmæssigt i omkring 300 år. For tiden før og for steder uden en vejrstation, imidlertid, forskning afhænger af konklusioner fra naturarkiver. Paleoklimaforskning bruger en bred vifte af naturlige arkiver såsom træringe, iskerner eller sedimenter.

I de seneste årtier har der er udviklet og forfinet en række metoder, der anvender indirekte indikatorer (klimaproxies) til at drage konklusioner om klimafaktorer såsom temperatur, nedbør, vulkanudbrud og solaktivitet. Skyer er ansvarlige for nedbør, blandt andet, men de er meget undvigende og derfor svære at studere. Men tallet, typen og omfanget af skyer og deres isindhold har stor indflydelse på atmosfærens strålingsbudget, temperatur på jorden og nedbør, og oplysninger om parametre, der påvirker skyer, er derfor vigtige for klimaopbygningen.

En metode til at forbedre vores viden om skyer og deres rolle i klimahistorien præsenteres nu af et internationalt forskerteam fra Tyskland, Danmark og Schweiz. Ifølge dem, teamet har rekonstrueret koncentrationerne af iskernende partikler (INP) fra iskerner for første gang. Disse målinger kan bruges til at rekonstruere skydække i fremtiden.

"Isdannelse i blandede faseskyer skyldes hovedsageligt heterogen isdannelse, dvs. INP er nødvendige for at stimulere frysning af superafkølede skydråber. Antallet og typen af ​​disse partikler påvirker derfor nedbøren, skyernes levetid og strålingsegenskaber. I laboratoriet, kunne vi vise, at to typer partikler er særligt velegnede til dette formål:Mineralstøv fra jorden samt forskellige biologiske partikler såsom bakterier, svampesporer eller pollen, "forklarer Dr. Frank Stratmann, leder af Clouds Working Group hos TROPOS.

Iskerner bruges ofte til at rekonstruere forskellige klimaparametre som temperatur, nedbør eller vulkanudbrud i tusinder af år. Til den nu offentliggjorte undersøgelse, holdet var i stand til at trække på dele af to iskerner fra Arktis:Lomo09 -kernen blev boret på Lomonosovfonna -gletsjeren på Svalbard i 1200 meters højde i 2009. Iskernen EUROCORE blev udførligt udvundet i 1989 fra topmødet i Grønlands indlandsis i over 3000 meters højde.

De frosne prøver af disse kerner blev sendt til Leipzig, hvor de blev undersøgt for INP. Små prøver af isen blev smeltet, og smeltevandet blev opdelt i mange små dråber på en og 50 mikroliter. Disse dråber blev placeret i to eksperimentelle opstillinger, hver med næsten 100 små trug, og blev derefter afkølet på en kontrolleret måde. Disse opsætninger blev tidligere brugt i andre undersøgelser:Leipzig Ice Nucleation Array (LINA) og Ice Nucleation Droplet Array (INDA) er instrumenter, hvor dråberne afkøles på en kontrolleret måde. Gennem et glasvindue, forskere kan observere ved hvilken temperatur, hvor mange dråber, der fryser. Antallet af frosne dråber omregnes derefter til koncentrationen af ​​iskernedannende partikler. "I 2015, Amerikanske forskere afledte atmosfæriske INP -koncentrationer fra sne og nedbørsvand. Det, der virker for nedbør, skulle også fungere for isprøver, var vores tilgang. Og så var vi de første til at vise, at historiske iskernekoncentrationer også kan ekstraheres fra iskernerne, "siger Markus Hartmann fra TROPOS, som udførte undersøgelserne som led i sin doktorafhandling.

Dette åbner nye muligheder for paleoklimaforskning. Siden 1930’erne har utallige iskerner er blevet udvundet fra gletsjere over hele verden, og fortidens klima er blevet rekonstrueret. Oplysningerne om skyfasen (dvs. om den indeholder is eller flydende vand) ikke var tilgængelig. Polar- og atmosfæriske forskeres undersøgelse er et første skridt i denne retning. Da teamet ikke havde en kontinuerlig iskerne til rådighed, den kunne kun rekonstruere de iskernende partikler fra enkelte år i perioden 1735 til 1989 på Grønland og 1480 til 1949 på Svalbard. Samlet set, der var ingen tendens i de iskernedannende partikler i løbet af det sidste halve årtusinde. "Imidlertid, Arktis har kun varmet dramatisk i cirka 25 år. Den analyserede is blev dannet, før denne stærke opvarmning begyndte. Både målinger af en kontinuerlig iskerne og af nyere is ville derfor være ønskelige, ”tilføjer Markus Hartmann.

Det faktum, at menneskeheden har forårsaget global opvarmning gennem emissioner, er ubestridt blandt forskere. Imidlertid, det er uklart, hvor meget skyerne i atmosfæren er blevet ændret som følge heraf. Forskere håber derfor også at få vigtig indsigt fra undersøgelser af iskernende partikler i luften. I efteråret/vinteren 2016, et hold fra University of Beijing, TROPOS, universitetet i Göteborg og det kinesiske videnskabsakademi, målte koncentrationerne af iskernedannende partikler i luften i den kinesiske hovedstad Beijing. Imidlertid, de var ude af stand til at bevise nogen forbindelse med det høje luftforureningsniveau der.

"Vi går derfor ud fra, at de iskernende partikler i Beijing stammer mere fra naturlige kilder, såsom støvstorme eller biosfæren, som begge er kendt som kilder til iskernende partikler, end fra menneskeskabte forbrændingsprocesser, " siger Dr. Heike Wex fra TROPOS. Men dette er et øjebliksbillede af ét sted, og menneskets indirekte indflydelse bør ikke glemmes:Ændringer i arealanvendelse eller tørke har en indvirkning på støv i atmosfæren og på biosfæren, hvilket igen kan føre til ændringer i skyer. "For bedre at forstå menneskets virkninger på atmosfæren, skyforskere måler både ved luftforureningens hotspots, f.eks. metropolerne i vækstlande og i forholdsvis rene områder som polarområderne.

Indtil nu, Man ved relativt lidt om mængden, egenskaber og kilder til iskernende partikler i Arktis, selvom de er en vigtig faktor i skydannelsen og dermed for klimaet der. Lange tidsserier med månedlig eller ugentlig tidsopløsning er praktisk talt ikke-eksisterende, men afgørende for at undersøge sæsoneffekter. I journalen Atmosfærisk kemi og fysik , et Open Access-tidsskrift fra European Geosciences Union (EGU), et internationalt hold, også ledet af TROPOS, for nylig udgivet en oversigt over årstidsvariationerne i iskernekoncentrationer i Arktis. Prøver fra fire forskningsstationer i Arktis fra 2012/2013 og 2015/2016 blev undersøgt i Leipzig Cloud Laboratory i TROPOS:Alert in Canada, Ny-Ålesund på Spitsbergen (Norge), Utqiagvik (Barrow) i Alaska (USA) og Villum (Station Nord) i Grønland (Danmark).

"Dette giver os et overblik over variationerne mellem årstiderne:Mest rigelige er iskernende partikler i luften fra slutningen af ​​foråret til begyndelsen af ​​efteråret, de mindste findes om vinteren og i begyndelsen af ​​foråret. Dette har indflydelse på, hvordan typen af ​​skydække i Arktis ændrer sig i løbet af året og dermed skyernes indflydelse på den arktiske opvarmning, "forklarer Heike Wex. Forskere håber, at undersøgelserne vil føre til bedre forudsigelser om klimaændringer, da klimamodeller i øjeblikket ikke er i stand til tilstrækkeligt at afspejle opvarmningen af ​​Arktis, hvilket vil føre til usikkerheder lige fra stigende havniveauer til regionale klimaændringer i Europa.

De komplekse feedbackprocesser mellem biosfære og klima vil også være en del af MOSAiC -ekspeditionen:I september 2019, den tyske forskningsisbryder Polarstern, ledet af Alfred Wegener Institute (AWI), vil drive gennem Arktis i et år. Leveres af yderligere isbrydere og fly, i alt 600 personer fra 17 lande vil deltage i MOSAiC-ekspeditionen. Sammen med en international partner, AWI er ansvarlig for de fem hovedforskningsområder:havisens fysik og snedækning, processer i atmosfæren og i havet, biogeokemiske cyklusser og det arktiske økosystem. TROPOS vil spille en ledende rolle i to centrale målinger:For det første en fjernmålingsbeholder til hele isdriften vil kontinuerligt udforske den lodrette aerosol- og skyfordeling ved hjælp af lidar, radar- og mikrobølgeradiometre. På den anden side, en bundet ballon måler det arktiske grænselag så præcist som muligt under en flyvesektion. Begge målinger muliggør mere eller mindre direkte påvisning af den vertikale fordeling af de iskernedannende partikler. Ud over, TROPOS vil igen undersøge havets mikrolag og smelte damme, hvilket sandsynligvis vil være en vigtig kilde til iskernende partikler i Arktis.

Siden 2016, det tyske forskningsinstituts (DFG) Collaborative Research Center TR172 "Arctic Amplification" har undersøgt årsagerne til, at Arktis opvarmes meget mere end resten af ​​Jorden. Udover universitetet i Leipzig, forskningsnetværket omfatter også universiteterne i Bremen og Köln, Alfred Wegener Instituttet, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI) og Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) i Leipzig. Tilo Arnhold