Som snefnug, sodpartikler er unikke, påvirker klimamodellering

Sorte kulstofpartikler - mere almindeligt kendt som sod - absorberer varme i atmosfæren. Årevis, Forskere har vidst, at disse partikler påvirker Jordens opvarmende klima, men måling af deres nøjagtige effekt har vist sig at være uhåndgribelig.

Forskere ved Michigan Technological University og Brookhaven National Laboratory, sammen med partnere på andre universiteter, industri, og nationale laboratorier, har fastslået, at selvom formen af ​​partikler, der indeholder sort kulstof, har en vis effekt på atmosfærisk opvarmning, det er vigtigt at tage højde for de strukturelle forskelle i sodpartikler, samt hvordan partiklerne interagerer med andre organiske og uorganiske materialer, der dækker sort kulstof, når det rejser gennem atmosfæren.

Udgivet i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences , artiklen giver en ramme, der forener modelsimuleringer med laboratorie- og empiriske observationer, og det kan bruges til at forbedre estimater af sort kulstofs indvirkning på klimaet.

Hver sort kulstofpartikel er unik

Sort kulstofs absorption af solstråling er sammenlignelig med kuldioxids. Alligevel forbliver sort kulstof kun i atmosfæren i dage til uger, mens kuldioxid kan forblive i atmosfæren i hundreder af år.

Forskere har i årevis anslået sorte kulstofpartikler som sfærisk formet i modeller, der ofte blev belagt med andre organiske materialer. Tanken var, at når sodpartiklerne rejser gennem atmosfæren, belægningen havde, hvad man kalder en "linseeffekt"; pelsen fokuserer lyset ned på det sorte kulstof, forårsager øget strålingsabsorption. Og mens sodpartikler faktisk er belagt med organiske materialer, at belægningen ikke er ensartet fra partikel til partikel.

"Når du tager et billede under mikroskopet, partiklerne ser aldrig perfekt ud som en kugle med den samme belægning, sagde Claudio Mazzoleni, professor i fysik ved Michigan Tech og en af ​​artiklens medforfattere. "Hvis du laver en numerisk beregning om perfekte kugler belagt med en skal, en model vil vise en forbedret absorption af de sorte kulstofpartikler med en faktor på op til tre."

Empiriske undersøgelser af sorte kulstofpartikler viser, at absorptionen er meget mindre, end modeller antyder, der sætter spørgsmålstegn ved modellens effektivitet samt vores forståelse af sort kulstofs klimapåtvingende effekt.

Forskning tyder på, at belægningen af ​​det organiske materiale ikke er helt sfærisk; afhængigt af hvordan de organiske materialer klæber til en sort kulstofpartikel, den resulterende form kan få partiklen til at virke meget anderledes, selvom den har samme mængde materiale som en anden sodpartikel, der er anderledes formet. Men endnu vigtigere er, at mængden af ​​belægning kan ændre sig uensartet fra partikel til partikel. Disse to egenskaber reducerer begge den forventede absorptionsforøgelse.

Laura Fierce, en associeret atmosfærisk videnskabsmand ved Brookhaven National Laboratory, anvendte den partikelopløste model til at tage højde for partikelheterogenitet, mens den modellerede sort kulstof.

"Mens de fleste aerosolmodeller forenkler repræsentationen af ​​partikelsammensætning, den partikelopløste model sporer sammensætningen af ​​individuelle partikler, når de udvikler sig i atmosfæren, "Fierce sagde. "Denne model er unikt egnet til at evaluere fejl som følge af almindelige tilnærmelser anvendt i global-skala aerosolmodeller."

Mindre effekt på klimaopvarmning, end vi troede

I det væsentlige, forskerne har introduceret mangfoldigheden af ​​organisk og uorganisk belægning på partikler og den uensartede natur af partiklerne selv i klimamodellering. Ved at kombinere en empirisk model med laboratoriemålinger, modellen forudsagde en meget lavere forøgelse af absorptionen af ​​sort kulstof end tidligere antaget. Den opdaterede modellering bringer også modellens output meget tættere på det, der blev målt i marken.

"Folk tror, ​​at sort kulstof har en meget stærk opvarmningseffekt på atmosfæren, som afhænger af absorption, " sagde Mazzoleni. "Hvis du har større absorption, det bidrager til opvarmning og har større klimapåvirkning. For at forstå, hvor meget sort kulstof bidrager til opvarmningen af ​​klimaet, vi er nødt til at forstå disse detaljer, fordi de kan gøre en forskel."

Denne forskning giver en vej frem til at forbedre forudsigelser af sort kulstofs strålingseffekt på klimaet. Reduktion af sorte kulstofemissioner i atmosfæren kan hjælpe med at reducere nogle af virkningerne af klimaændringer. Resultaterne af denne undersøgelse tyder på, at en partikels absorption pr. masse er lavere end tidligere antaget, men hvor meget sort kulstof der fremtvinger atmosfærisk opvarmning afhænger også af emissionsniveauer, interaktioner med skyer og afstanden en partikel tilbagelægger. Og mens det er betydeligt at reducere sod-emissioner, reduktion af kuldioxid i atmosfæren er stadig af yderste vigtighed.