Sodpartikler påvirker den globale opvarmning mere end tidligere antaget

Et team af forskere fra ETH Zürich har for første gang brugt simuleringer på CSCS -supercomputeren Piz Daint til at undersøge, hvordan visse ældningsmekanismer for sodpartikler i atmosfæren påvirker skydannelsen. Resultaterne viser, at ozon og svovlsyres indflydelse på soddannelse ændrer skydannelse og, ultimativt, klimaet.

Brændende træ, olieprodukter eller andre organiske materialer frigiver sodpartikler i atmosfæren, der hovedsageligt består af kulstof. Denne sod betragtes som det næstvigtigste menneskeskabte klimatvingende middel efter kuldioxid. I atmosfæren eller som aflejringer på sne- og isoverflader, sodpartikler absorberer solens kortbølgestråling og bidrager dermed til global opvarmning.

I atmosfæren, sodpartikler har også en indirekte effekt på klimaet ved at ændre formationen, udvikling og egenskaber ved skyer. Et forskerhold ledet af Ulrike Lohmann, professor ved Institut for Atmosfære og Klima ved ETH Zürich, har nu for første gang undersøgt, hvordan to specifikke typer sodpartikler påvirker skyer og, på tur, klimaet:på den ene side sod aerosoler, der ældes på grund af ozon og på den anden, dem, der ældes på grund af svovlsyre.

Sodkemi ændrer skydannelse

"Indtil nu, det blev antaget, at disse to typer sodaldning havde ringe indflydelse på skydannelse og klima, "siger David Neubauer, videnskabelig programmør i Lohmanns forskningsgruppe. Imidlertid, resultaterne af de simuleringer, der nu er udført på CSCS -supercomputeren Piz Daint, tegner et andet billede.

Når sodpartikler kombineres med ozon eller svovlsyre, deres fysiske og kemiske egenskaber ændres, skriver forskerne i deres undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Naturgeovidenskab . Sodpartikler, der er ældet af ozon, danner kondensationskerner i nedre lag af atmosfæren, som hjælper med at danne skyer. I højere lag af atmosfæren, imidlertid, sodpartiklerne, der er ældet af svovlsyre, fungerer som iskerner og hjælper med at danne cirrusskyer.

Teamet simulerede, hvordan de forskellige ældning af sodpartikler påvirker skydannelse, og dermed klimaet, fra præindustrielle tider til fremtiden. I disse simuleringer udviklingen af ​​aerosolpartiklerne er koblet til fysikken i skydannelse i en interaktiv beregning. Dette er komplekst og kræver mere beregningstid end konventionelle klimasimuleringer.

Forskerne lavede klart definerede antagelser til deres beregninger ved at beskrive sodpartiklernes ældningstilstand, afhængig af temperatur og ozonkoncentration. Begge faktorer har en betydelig indflydelse på ældning:For sod at ældes hurtigt gennem ozon, temperaturen og ozonkoncentrationen skal være høj. For sodens evne til at fungere som en iskerne ved svovlsyrealdring, en lav temperatur spiller en afgørende rolle.

Ændret skydannelse fører til opvarmning

Simuleringer af ozonlagret sod viser, at når kuldioxidindholdet i atmosfæren fordobles i forhold til den præindustrielle æra, færre lave skyer dannes. Betydeligt flere skydråber dannes i første omgang ved ozonlagring af sod. Imidlertid, deres høje koncentration fører til mere cloud top -afkøling, hvilket får mere tør luft til at blive blandet ind ovenfra. "Disse skyer fordamper derefter hurtigere, især i et varmere klima, "forklarer Lohmann." I et varmere klima, luften indblandet har også en lavere relativ luftfugtighed ". På grund af den hurtigere fordampning, mindre lavtliggende skyer forbliver, og mere kortbølget stråling når jorden og varmer den.

Sodpartiklerne ældes af svovlsyre, på den anden side, få flere iskrystaller til at danne og gøre cirrusskyer optisk tykkere, dvs. de er mindre gennemtrængelige for stråling. De strækker sig så langt som til tropopausen, som ligger i 10 til 18 kilometers højde, og også blive hængende længere i højere områder af atmosfæren. Som resultat, cirrusskyer absorberer mere af den langbølgede termiske stråling, der udsendes af jorden og lader mindre af den slippe ud i rummet. Cirkrusskyernes opvarmningseffekt øges og forværres den globale opvarmning:Når kuldioxidindholdet i atmosfæren fordobles i forhold til førindustrielle tider, begge typer soddannelse tilsammen fører til en stigning i den globale opvarmning på 0,4 til 0,5 grader C. Som resultat, vandcyklussen vil yderligere accelerere og global nedbør vil stige yderligere, skriver forskerne.

Fremtidige undersøgelser, som omfatter aerosoler fra skovbrande, fly- eller bilmotorer, og kombinere felt- og laboratoriemålinger med simuleringer, kunne give et endnu tydeligere billede af virkningerne af sod aerosoler. De kan også hjælpe med at udvikle strategier til at reducere emissioner. "Dette ville ikke kun gavne klimaet og luftkvaliteten, men også menneskers sundhed, "understreger Neubauer.