NASA-undersøgelse forudsiger mindre Sahara-støv i fremtidige vinde

I løbet af 2020, globale gennemsnitlige overfladetemperaturer var de varmeste nogensinde, med 2016 som det varmeste registrerede år. Sidste år var også den mest aktive orkansæson til dato, med mange storme, der hurtigt forstærkes. Temperatur- og vejrsystemer interagerer hver især med, og påvirkes af, et væld af jordsystemer, hver påvirket af det opvarmende klima. En af dem er den globale transport af massive støvfaner fra et kontinent til et andet.

I juni 2020, en "Godzilla" støvfane rejste fra Sahara, planetens største, varmeste ørken, over Atlanterhavet til Nordamerika. Mens denne iøjnefaldende plume skabte overskrifter, NASA videnskabsmænd, ved hjælp af en kombination af satellitdata og computermodeller, forudsige, at Afrikas årlige støvfaner faktisk vil skrumpe til 20, 000-års minimum over det næste århundrede som følge af klimaændringer og havopvarmning.

Sahara-ørkenen er 3, 600, 000 kvadrat miles (9, 200, 000 kvadratkilometer) tørt land strakte sig over den nordlige halvdel af Afrika, kommer i blot lidt mindre størrelse end det kontinentale USA. Op mod 60 millioner tons af dets næringsstoffyldte mineralstøv løftes op i atmosfæren hvert år, skaber et massivt lag varmt, støvet luft, som vindene transporterer over Atlanterhavet for at levere disse næringsstoffer til havet og vegetationen i Sydamerika og Caribien.

Nyere NASA-forskning skitserer de domino-lignende forbindelser mellem faktorer ud over ørkenens grænser og udviklingen af ​​støvfaner. Disse starter med temperaturforskelle mellem Nord- og Sydatlanten, som derefter påvirker regionens konsekvente øst- til vestvinde såvel som et tropisk bånd med relativt høj nedbør beliggende nær ækvator, som begge påvirker de årlige støvfaner. Understøttet af NASAs modellering, Analyse, og forudsigelse (MAP) program, og strålingsvidenskabsprogram, forskerne brugte deres nye forståelse af disse sammenhænge til at forudsige en mere væsentlig reduktion i støvaktivitet, end tidligere undersøgelser havde forudsagt baseret på forventet klimaopvarmning.

En støvet fortid

"Fra jordobservationer og satellitobservationer, vi ser afrikansk støvvariation, " sagde Tianle Yuan, atmosfærisk videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Faktisk, det kan ændre sig en del, fra måned til måned, dag til dag, år til år, endda årti til årti."

Nylige støvestimater er afledt af data indsamlet af NASA-satellitmissioner, inklusive Terra, Aqua, og Cloud-Aerosol Lidar og Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO), en fælles mission mellem NASA og det franske rumagentur, Centre National d'Etudes Spatiales.

Forskerne var også interesserede i at se, om forholdet mellem global gennemsnitstemperatur og Sahara -støvaktivitet opstod tidligere. Geologiske registreringer, der går tusinder af år tilbage, hjælper med at afsløre tidligere nedbør og næringsindhold, da Sahara gennemgik dramatiske miljøskift.

Toppen af ​​Saharas støvtransport til den østlige side af Amerika fandt sted omkring mellem 12. 000 til 17, 000 år siden, i slutningen af ​​sidste istid. Så begyndte den afrikanske fugtige periode, hvor den store ørken var spækket med søer, vegetation og menneskelig beboelse. Den øgede fugt og planteliv stabiliserede jorden og minimerede støvfaner.

"Sahara-ørkenen var forholdsvis våd dengang, " sagde Yuan. Nordafrikanske sedimentkerner ud for kysten og pollenregistreringer viser, at der var mere nedbør og vegetation til stede. "Støv var meget sjældnere."

Selvom støvtransporten er steget siden da, forskerholdet fandt ud af, at både naturlige processer og menneskelig aktivitet nu sandsynligvis driver Jorden tilbage mod et støvminimum, når klimaet opvarmes.

Havoverfladetemperaturer påvirker direkte vindhastigheder, så når det nordlige Atlanterhav opvarmes i forhold til det sydlige Atlanterhav, passatvindene, der blæser støvet fra øst til vest, bliver svagere. Som resultat, de langsommere vinde samler op og transporterer mindre støv fra Sahara.

Ud over at bære mindre støv, de svækkede vinde gør det også muligt for båndet af jævn regn, der krydser troperne, at drive nordpå over mere af ørkenen, som dæmper støvet og forhindrer det i at blive fejet væk. Mindre støv i luften, som kan reflektere solskin væk fra Jordens overflade som en solskærm, betyder mere sollys og varme når havet, opvarmer den yderligere. Alt sammen skaber dette en feedback-loop af varme havoverfladetemperaturer, der fører til reduceret støv, og reduceret støv, hvilket igen bidrager til yderligere opvarmning, kombineres for at påvirke klimaet, luftkvalitet, og storm og orkandannelse.

Fra støv til støvpåvirkninger

"Støv spiller en stor rolle i jordsystemet, " sagde Hongbin Yu, en atmosfærisk forsker ved Goddard. "Et fald i støv, når klimaet opvarmes, kan have dybtgående indflydelse på en række fænomener, men disse potentielle påvirkninger kan være gode eller dårlige."

På sin rejse over Atlanterhavet, Sahara støv drysser i havet, fodring af det marine liv, og på samme måde planteliv, når det lander. Mineraler som jern og fosfor i støvet fungerer som gødning til Amazonas regnskoven, Jordens største og mest biodiverse tropiske skov. Regn skyller mange af disse værdifulde næringsstoffer fra jorden ind i Amazonas flodbassin, gør tilførslen af ​​næringsstoffer fra Afrika vigtig for at opretholde en sund vegetation.

Selvom afrikansk støvtransport spiller en vigtig rolle i tilblivelsen af ​​jordbund og opretholdelse af vegetation, Yu siger, at der er nogle negative virkninger, fordi stigningen i næringsstoffer kan føre til skadelig algeopblomstring ud for Floridas kyst, og koralrevssygdomme og dødsfald forbundet med støvaflejring.

Beboere i Caribien kunne også se nogle fordele, da mindre støv betyder bedre luftkvalitet. Indånding af støv er særligt farligt for børn, de ældre, and those with respiratory conditions such as asthma. That led a team from NASA Earth Applied Sciences Program to develop an early-warning system for Puerto Rico that now provide three days of lead time before a Saharan dust storm reaches the island, giving doctors and public health officials time to prepare and work with meteorologists on air quality alerts. They use data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) on NASA's Terra and Aqua satellites, the Advanced Baseline Imager (ABI) instrument aboard the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES-16 EAST), and the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) on the joint NASA/NOAA Suomi NPP satellite were employed to help detect the advancing Saharan dust plume before it reached islands like Puerto Rico this past year, so that at-risk communities could prepare for the potentially adverse health effects.

Will the Dust Settle?

"The final piece of the story is looking to the future, " said Yuan. "We want to know what the Sahara dust will be, given the climate change picture we are painting. But directly predicting dust activity is really hard because it involves a lot of processes."

With projected global warming, the research team used model data from the Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5) that indicate at least a 30% reduction in Saharan dust activity from current levels over the next 20 to 50 years, and a continued decline beyond that.

"The minimum humans experienced during the African Humid Period will likely be surpassed because of climate change, " Yuan says of the dust levels during the African Humid Period. As the plumes of dust decline, so will their impacts on vegetation an ocean away.