Hvordan naturbrande kan have større effekter på skydannelsen end tidligere antaget

I takt med at frekvensen og størrelsen af ​​naturbrande fortsætter med at stige på verdensplan, ny forskning fra forskere fra Carnegie Mellon University viser, hvordan den kemiske ældning af de partikler, der udsendes af disse brande, kan føre til mere omfattende skydannelse og intens stormudvikling i atmosfæren. Forskningen blev offentliggjort online i dag i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

"Introduktionen af ​​store mængder iskernedannende partikler fra disse brande kan forårsage betydelige indvirkninger på mikrofysikken i skyer, om superafkølede skydråber fryser eller forbliver flydende, og skyernes tilbøjelighed til at udfælde, " sagde Ryan Sullivan, lektor i kemi og maskinteknik. At forstå disse påvirkninger er en nøglefaktor i nøjagtig modellering af Jordens klima, og hvordan det kan fortsætte med at ændre sig.

Bygger på forskning Sullivans hold i Center for Atmosfæriske Partikel Studier offentliggjort sidste år, forfatterne indsamlede en række forskellige plantematerialer, brændte dem og analyserede partiklerne i røgen. I særdeleshed, holdet var interesseret i iskernedannende partikler, sjældne typer partikler, der kan katalysere iskrystaldannelsen i atmosfæren ved højere temperaturer end normalt og dermed i høj grad påvirke klimatiske processer, herunder skydannelse og om en sky udfælder eller ej. Faktisk, mest nedbør over land starter fra isholdige skyer.

Mens det allerede var almindeligt kendt, at partikler nyligt udsendes ved afbrænding af biomasse - som højt græs, buske, og træer - kan påvirke iskernedannelsen meget, Sullivans team var interesseret i at finde ud af virkningerne af disse partikler, mens de rejste i dage og uger i atmosfæren og oplevede kemisk ældning. Med en specialiseret kammerreaktor, massespektrometre, elektronmikroskopi, og en innovativ mikrofluidisk dråbefrysningsteknik, forskerne analyserede de partikler, der udsendes ved afbrænding af forskellige typer plantemateriale, som forekommer i naturbrande og foreskrevne forbrændinger, og simulerede de ældningsprocesser, som disse partikler ville gennemgå i atmosfæren.

Et diagram, der viser de forskellige ældningsprocesser af biomassebrændende aerosol i atmosfæren.

Typisk, iskernedannende partikler mister deres styrke, når de ældes i atmosfæren, men i denne undersøgelse, forskerne fandt ud af, at iskernedannelsesevnen hos partikler, der udsendes ved afbrænding af biomasse, faktisk steg, da de oplevede simuleret atmosfærisk ældning. Dette repræsenterer en meget anderledes ramme for at overveje, hvordan de klima-tvingende egenskaber af en stor episodisk kilde af partikler udvikler sig i atmosfæren.

"Dette skyldes, at atmosfærisk ældning driver tabet af partikelbelægninger, der oprindeligt er til stede på røgpartiklerne, der skjuler de isaktive overfladesteder, Sullivan forklarede. "Disse steder er de mineralpartikler, der produceres af selve biomassebrændstofforbrændingen, som vi rapporterede sidste år i Proceedings of the National Academy of Sciences ."

Dataene fra denne undersøgelse kan have stor indflydelse på fremtidig forskning i naturbrande og klimaændringer, sagde Lydia Jahl, der for nylig modtog sin ph.d. i kemi fra Carnegie Mellon i Sullivans gruppe.

"Vi vurderede, at afbrænding af blot én kvadratmeter græsarealer kunne påvirke koncentrationen af ​​iskernedannende partikler i hundredtusindvis af kubikkilometer af atmosfæren, " sagde Jahl. "Klimamodelbyggere kunne bruge vores data yderligere til at bestemme, hvordan emissioner fra skovbrande påvirker balancen mellem indgående solstråling og udgående terrestrisk stråling, blandt andre cloud-ejendomme."