Ammoniak fra landbruget påvirker skydannelsen over Asien

Det asiatiske tropopause aerosollag (ATAL) er placeret i tolv til 18 kilometers højde over Mellemøsten og Asien. Denne ophobning af aerosoler i den asiatiske monsun blev først opdaget i 2011. Dens sammensætning og virkning, imidlertid, har hidtil været ukendte. Et europæisk konsortium af forskere har nu fundet, at dette lag består af krystallinsk ammoniumnitrat. I AIDA skykammer, klimaforskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) demonstrerede, hvordan dette stof dannes i den øvre troposfære. Resultaterne rapporteres i Natur Geovidenskab .

Ved hjælp af en smart kombination af fjernmåling, in situ målinger, meteorologiske modelberegninger, specifikke laboratoriemålinger og detaljerede numeriske simuleringer, holdet undersøgte fordelingen og sammensætningen af ​​aerosoler i ATAL. Aerosoler er de mindste suspenderede partikler fra en række naturlige og menneskeskabte kilder. I atmosfæren, aerosoler fungerer som kondensationskerner, hvortil gasformig vanddamp binder sig og, dermed, danner skydråber. For første gang, et forskningsfly fløj gennem de øvre niveauer af den asiatiske monsun for at studere nøgleprocesser af global betydning. De forskellige metoder og instrumenter supplerede hinanden for at verificere de målte resultater. Forskere fra KIT, Forschungszentrum Jülich (FZJ), Johannes Gutenberg Universitet og Max Planck Institut for Kemi, både i Mainz, Alfred Wegener Instituttet, universitetet i Wuppertal, Laboratoire de Métérologie Dynamique, Paris, og Istituto di Scienze dell"Atmosfera e del Clima, Rom, deltog.

"Overraskende nok, vi påviste krystallinsk ammoniumnitrat som en hovedbestanddel i store dele af ATAL, " siger Dr. Michael Höpfner fra Atmospheric Trace Gases and Remote Sensing Division af KIT's Institute of Meteorology and Climate Research (IMK-ASF). De uventede resultater målt, blandt andre, af GLORIA-instrumentet fra KIT og Forschungszentrum Jülich blev derefter bekræftet af klimaforskere ved KITs AIDA skykammer:"Vores eksperimenter viste, at i modsætning til den gængse opfattelse, flydende ammoniumnitratdråber krystalliserer til faste partikler ved minus 50 grader i nærværelse af små, hovedsageligt svovlholdige forureninger. Disse faste partikler fortsætter med at eksistere selv under temperatur- og fugtighedsforhold i den øvre troposfære, "siger Dr. Robert Wagner fra Atmospheric Aerosol Research Division ved KIT's Institute of Meteorology and Climate Research. Med satellitobservationer, forskerne fandt faktisk store mængder ammoniumnitrat-aerosoler over Asien. Disse observationer når tilbage til år 1997, hvor ATAL endnu ikke skulle eksistere.

"Med dette, vi har løst det mangeårige puslespil om sammensætningen af ​​ATAL, " siger Michael Höpfner. Indtil videre, det er blevet anset for meget usandsynligt, at denne aerosol findes i så store højder, fordi den forstadie ammoniakgas skylles ud af atmosfæren meget hurtigt af regn. "Men vi opdagede enestående ammoniakkoncentrationer under den asiatiske monsun:værdierne er op til halvtreds gange højere end i tidligere målinger, " tilføjer Höpfner. Denne ammonium stammer hovedsageligt fra landbruget, især fra husdyrbrug og gødskning. De højeste ammoniakemissioner findes i øjeblikket i Asien. Under monsunen, forurenede luftmasser transporteres fra landoverfladen til højder på op til 18 km. Her, ammoniak reagerer på ammoniumnitrat, en aerosol, der både påvirker skyernes dannelse og egenskaber.

"Det er nu for første gang, at vores data beviser, at ammoniumnitrat aerosoler er allestedsnærværende i den øvre troposfære under den asiatiske monsun, " siger Höpfner. Disse resultater er især relevante for interaktionen mellem skyer og aerosoler, som repræsenterer en af ​​de største usikkerheder inden for klimamodellering. I øvrigt, resultaterne beviser, at ammoniak udledt på jorden har stor indflydelse på processerne i den øvre troposfære og potentielt på det asiatiske klima.

Sporing af ammoniak:GLORIA-måleinstrumentet og AIDA Cloud Chamber

Flykampagnen var en del af StratoClim -projektet, hvor 37 videnskabelige organisationer fra elleve europæiske lande, USA., Bangladesh, Indien, og Nepal samarbejder under ledelse af Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning. Højdeflyet M55-Geophysika bar 25 specialudviklede instrumenter til højder over 20 km, omkring det dobbelte af den højde, der normalt nås af fly. Et vigtigt instrument ombord på Geophysika var det infrarøde spektrometer GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere), der måler højdefordelingen af ​​en række sporgasser langs flyvevejen. Målinger under flyvningerne var hovedsageligt koncentreret om ammoniak, da det stort set er involveret i dannelsen af ​​aerosolpartikler. GLORIA er i øjeblikket det eneste instrument, der kan måle ammoniak i disse højder.

Baseret på data målt af satellitinstrumentet MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) af KITs IMK-ASF til højdefordeling af mere end 30 sporgasser mellem 2002 og 2012, forskerne erhvervede for første gang den globale distribution af ammoniak og ammoniumnitrat på samme tid. For deres studier, de brugte også AIDA (Aerosol Interactions and Dynamics in the Atmosphere) faciliteten på KIT's Campus North. Det er det eneste anlæg i verden, hvor aerosol- og klimaprocesser kan studeres under atmosfæriske forhold. I anlægget, alle temperatur- og trykforhold i den nedre og mellemste atmosfære kan simuleres.