Missionen med at tyde et mystisk aerosollag over Himalaya-monsunskyerne

For Stephan Borrmann, en dag med detektivarbejde i høj højde begynder tidligt. Han vågner omkring klokken 05.30 på et hotel i udkanten af ​​Kathmandu, Nepal. Efter en hurtig morgenmad, han og hans team bliver kørt til byens lufthavn. Deres opgave er at forberede et ombygget russisk spionagefly, så det kan undersøge et af atmosfærens største mysterier.

Professor Borrmann er atmosfærisk fysiker ved Johannes Gutenberg Universitetet og Max Planck Institute for Chemistry i Mainz, Tyskland. Han er interesseret i det komplekse system af skyer og aerosoler, der dannes over store dele af Sydasien som en del af monsunen. Himalaya tvinger luft opad og danner en enorm masse hvirvlende skyer. Dette virker 'som en støvsuger' siger prof. Borrmann, opsuger luftforurening fra hele Asien. I 2009 satellitter opfangede, at et lag af aerosol - en suspension af bittesmå partikler - akkumulerede lige over skyerne i en højde på omkring 14-18 km. Men ingen vidste, hvad det var lavet af.

Prof. Borrmann og hans team ønskede at finde ud af mere, fordi det forekom sandsynligt, at dette lag, kendt som det asiatiske troposfæriske aerosollag (ATAL), kan have en vigtig og udiagnosticeret effekt på vores planets klima. Aerosoler reflekterer generelt sollys og er også kendt for at være vigtige frø til skyer. Så det var forventet, at ATAL kunne give nogle regionale afkølingseffekter - men hvor betydelige disse ville være var uklart.

Der var også et andet aspekt ved mysteriet. Luften i denne højde, over det rasende monsunsystem nedenfor, er meget stabil, hvilket giver aerosolpartiklerne god tid til at fungere som overflader, hvorpå der kan finde usædvanlige kemiske reaktioner sted. Dette kan skabe en række forurenende stoffer, der kan spredes vidt omkring i atmosfæren. Men ingen havde nogen idé om, hvordan den kemi ville være.

Dette er, hvad der bragte prof. Borrmann og hans team til Kathmandu lufthavn i juli 2017:for at finde ud af, hvad der foregik i denne mystiske ATAL som en del af deres EXCATRO-projekt. De ankom omkring kl. 06.30 til en bagindgang bemandet af et par soldater, som kontrollerede deres navne mod en håndskrevet liste. Så blev de ført til en kæmpe hangar. Indeni var et særligt forskningsfly og en række bænke med videnskabelige instrumenter – ikke kun dem fra Prof. Borrmanns hold, men dem, der ejes af yderligere 15 hold fra hele verden. "Det er kaos, " sagde prof. Borrmann. "Kabler og værktøj overalt."

Kathmandu

Prof. Borrmann og hans team forbereder og kalibrerer omkring 11 forskellige instrumenter. Men deres mest værdsatte stykker sæt er to unikt følsomme massespektrometre, instrumenter, der udskiller og måler sporgasser baseret på deres masse. Det tager et par timer at tjekke og kalibrere instrumenterne og fastgøre dem til ydersiden af ​​flyet, herunder under vingerne, så luften strømmer igennem. Derefter, fordi der ikke er plads nok til traktorer i nærheden af ​​hangaren, omkring 20 forskere skubber flyet ud, hvor den russiske pilot, den eneste person, der vil gå op, kan tænde sine motorer.

Der er få fly, der kan flyve så højt som dette, en russisk M-55 Geophysica. Kommercielle flyvninger krydser i en højde af 11 km eller deromkring, men dette fly kan nå mere end 20 km. Piloter skal bære en trykdragt i et enkeltsædet fly. Det var vanskeligt at arrangere flyvninger i en region med politiske spændinger. Prof. Borrmann siger, at det tog fire års diplomati på højt niveau at nå til enighed om at flyve flyet i nepalesisk og indisk luftrum.

Når den først er deroppe, instrumenterne skal virke automatisk, og der er ikke meget prof. Borrmann eller nogen andre kan gøre - udover bekymring. Han siger, at temperaturen deroppe er -85 ^o C og så er instrumenterne under utrolig stress. At flyve gennem skyer kan også blive meget turbulent. "Der er en million små ting, der kan forårsage fejl, " han sagde.

En satellittelefon på flyet pinger SMS-beskeder tilbage til jorden med aflæsninger af instrumenternes status. Forskerne sidder i hangaren og ser opdateringerne komme ind på en storskærm. Alt er for det meste stille. Ved enkelte lejligheder, siger prof. Borrmann, instrumenterne svigtede, så han sendte en sms med besked om, at de skulle slukke og tænde igen. Heldigvis, det virkede.

Sidst på eftermiddagen lander flyet, og piloten giver en 20 minutters debrief på russisk (som prof. Borrmann taler, en smule). Det er vigtigt at forstå den nøjagtige flyvevej, som instrumenterne fik deres data på, så aerosollagets kemi kan forstås i rumlige termer. Så er der en kamp for at aflæse instrumenterne og downloade dataene.

Det var på dette tidspunkt en dag, at prof. Borrmann havde et øjeblik, han siger, at han aldrig vil glemme. "Fra tidssporene, Jeg kunne se den blå linje, der repræsenterer nitrat, der går op og op, " sagde han. Det var ret indlysende for ham der og da, at ATAL hovedsageligt var sammensat af nitratsalte, og holdet bekræftede senere dette som ammoniumnitrat. "I et par minutter, Jeg var den eneste videnskabsmand i verden, der vidste svaret på dette enorme mysterium."

Ammoniakforurening

Det var ikke helt en overraskelse, at ammoniak var den vigtigste skyldige part i ATAL. Den nordlige del af det indiske subkontinent er kendt for at være et af verdens brændpunkter for ammoniakforurening, fordi der både produceres og bruges så meget gødning der. Disse aktiviteter frigiver ammoniak til luften, som så kan reagere med nitrogenoxider og svovloxider og danne aerosoler. Et par forskningsballonflyvninger havde allerede givet foreløbige hints om, at det var der i 2018. Prof. Borrmann og hans kolleger har bevist dette og givet enorme detaljer om fordelingen og koncentrationerne af nitrat-aerosoler.

Kort efter begyndelsen af ​​kampagnen for måleflyvninger, Prof. Borrmann siger, at han fik nogle mindeværdige beskeder. "Efter to eller tre flyvninger, vi fik e-mails fra kolleger hos NASA, " sagde han. "Og de sagde i det væsentlige:"Vi ser dit fly flyve på vores radar. Hvad fanden laver du?"

Måske skulle det ikke komme som en overraskelse, at NASA ville notere sig et russisk fly i stor højde.

Alligevel, denne udveksling har ført til den næste fase af prof. Borrmanns arbejde. Planen, i samarbejde med NASA, er at finde ud af, hvilken slags kemi der sker i aerosollaget næste gang, og hvordan dette kan påvirke vores klima. Et par uger efter sommermonsunens afslutning, aerosollaget skulle have haft tid til at gennemgå kemi og begynde at spredes og drive væk. Prof. Borrmann og teamet planlagde en kampagne med flyvninger med et amerikansk forskningsfly over Japan på det rigtige tidspunkt af året i 2020 for at foretage nogle flere målinger. Det er blevet aflyst som følge af coronavirus-pandemien og lignende flyvninger fra Sydkorea er nu berammet til 2021. "Vi vil gerne se, hvad der sker med disse partikler, når de bliver ældre, " sagde prof. Borrmann.