Aerosoler som skyprodusenter

Partikkelstørrelse mer avgjørende enn opprinnelse og sammensetning av de suspenderte partiklene

Cloud drops © MMCD
lese høyt

Hvorvidt det dannes en sky og som avhengig av avgjørende betydning av tilstedeværelsen av suspenderte partikler i luften, aerosolene. Nå har forskere funnet ut at det er mindre sammensetningen og opprinnelsen til aerosolen da dens partikkelstørrelse avgjør om og hvordan en skydråpe dannes. Funnene deres er rapportert i den nåværende utgaven av tidsskriftet Science.

Skyer spiller en sentral rolle i jordas klimasystem og vannsyklus. Oppførselen til en sky avhenger i stor grad av antall og størrelse på dråpene som utgjør den. Hver av disse dråpene krever en aerosolpartikkel som en bakterie kalt cloud kondensasjonskjernen (CCN) for å vokse. Hvilke egenskaper gjør det mulig for en aerosolpartikkel å vokse til en skydråpe?

Enkle fysisk-kjemiske betraktninger indikerer at dette avhenger av, til en første tilnærming, av antall oppløselige molekyler som partikkelen inneholder. Dette avhenger igjen av molekylenes størrelse og sammensetning. Men opprinnelsen til partiklene i atmosfæren er ekstremt mangfoldig - for eksempel havsalt, støv, røyk, industriutslipp. Følgelig gjør denne kompleksiteten av komposisjonen modelleringen. Hvilken innflytelse aerosolvirkninger har på skyegenskapene, og klimaet blir derfor bare delvis forstått.

Feltforsøk måler aerosolpåvirkning

Forskere ved Max Planck Institute for Chemistry og Johannes Gutenberg University i Mainz har nå systematisk undersøkt påvirkningen av aerosolstørrelse og sammensetning. For å skille begge effektene har de delt opp aerosoler i omgivelsene i smale størrelsesområder (diametre mellom 40 og 120 milliondeler av en millimeter) og deretter studert deres kjemiske sammensetning og vekstpotensial. Målingene ble utført sommeren 2004 på den lille Feldberg i Taunus.

I løpet av den tre ukers målingsperioden ble det funnet veldig forskjellige luftmasser på fjellstasjonen: alderen kontinental luft rik på industrielle og trafikkforurensende stoffer, marine luftmasser som hadde beveget seg veldig raskt fra Nord-Atlanteren, og fersk forurenset luft fra det tettbygde og sterkt industrialiserte Rhine-Main-området. Hovedingrediensen i alle luftmassetyper var organisk materiale, fulgt av ammonium, sulfat og nitrat. Bemerkelsesverdig så ikke ut til at den oppløselige delen av partiklene skilte seg for mye, til tross for den veldig forskjellige historien til luften. utstilling

Partikkelstørrelse før sammensetning

Målingene fra Mainz-forskerne viser at størrelsen på partiklene spiller en mye viktigere rolle i dannelsen av skydråper enn deres sammensetning - i det minste for aerosoltypene på vårt kontinentale sted. Hovedårsaken til dette er at evnen til en partikkel til å fungere som en sky-kondensasjonskjernen avhenger i første tilnærming av det totale antall oppløselige molekyler som er inneholdt deri. Dette tallet avhenger av partikkeldiameteren i den tredje kraften, men bare lineært av den oppløselige massefraksjonen, dvs. sammensetningen.

Modellering forenklet

At partikelsammensetningen i det minste for aerosolene som oppstår i Europa bare er av sekundær betydning for veksten av skydråpene har store praktiske fordeler. Anslaget av CCN-konsentrasjoner fra relativt enkle målinger er dermed mye enklere, og deres representasjon i sky- og klimamodeller er betydelig forenklet.

Når man kjenner til de typisk største oppløste CCN-effektivitetene for viktige områder og aerosoler, kan CCN-konsentrasjoner estimeres fra observerte eller modellerte partikkelstørrelsesfordelinger. Derfor skal feltforsøk på forskjellige områder nå utføres med sikte på å produsere en datainnsamling av slike størst oppløste CCN-effektiviteter. I modellberegninger vil forskerne heller gjøre forsøk på å forutsi fordelingen av partikkelstørrelser nøyaktig enn den nøyaktige kjemiske sammensetningen.

Resultatene fra Mainz-forskerne gir også et grunnlag for estimering av CCN-frekvenser over større tids- og romskalaer fra fjernmålsdata, som aerosolpartikkelstørrelsesfordelinger kan oppnås mye lettere ved fjernmåling enn partikkelsammensetninger.

(Max Planck Institute for Chemistry, 06.06.2006 - NPO)