Giver renere luft et varmere klima?
Skylaboratorium
Derfor er det nødvendigt at med kontrollerede forsøg, og i et nyt, stort skylaboratorium ved Leibniz-Institut für Troposphärenforschung i Leipzig bliver det muligt at efterligne skydannelsen eksperimentelt. I atmosfæren virker aerosoler som sædekorn for vanddråber. De bittesmå dråber falder meget langsomt, og det er grunden til, at skyer kan holde sig frit svævende i luften. I varme skyer skal en million små dråber støde sammen for at danne en regndråbe. Det sker ved, at nogle få lidt større dråber opsamler flere og flere mindre dråber på deres vej ned gennem skyerne. I kolde skyer, som dominerer på vore breddegrader, dannes regndråber af iskrystaller, men ellers er mekanismen den samme. Jo mere forurenet en sky er, jo flere sædekorn er der til at deles om vandet i skyen, og kun få eller slet ingen af dråberne bliver store nok til at danne regndråber.
I det nye skylaboratorium efterlignes dråbedannelsen i en ti meter høj kanal, hvor fugtig luft med aerosoler indføres for oven. Den aerosolholdige luft omgives på alle sider af en kold, fugtig og partikelfri luftstrøm, som afkøler den forurenede luft og får vandmolekylerne til at kondensere og danne dråber omkring aerosolerne. Faldet ned gennem kanalen varer op til ti minutter, og det er tid nok til, at de tidlige faser i dråbedannelsen kan undersøges i detaljer. Mens dråberne dannes og falder, opmåles de fra forskellige vinkler med optiske detektorer.
Forsøgene starter til december, og her vil Jost Heintzenberg og hans kolleger fra Leibniz-Instituttet undersøge effekten af sodpartikler fra dieselbilers udstødning.
»Planen er at studere samspillet mellem sod og salpetersyre, der dannes i atmosfæren ud fra kvælstofilter fra trafikken og kraftværkerne. Sodpartikler er vandafvisende, men når de reagerer med salpetersyre, opsamler de vanddamp og fungerer som sædekorn for dråber. Hvordan det præcist foregår, ved man ikke i dag«, siger Jost Heintzenberg.
Det nye skylaboratorium har vakt betydelig international interesse, og Merete Bildes gruppe fra Kemisk Institut ved Københavns Universitet skal være med til forsøgene.
»Skylaboratoriet er unikt af flere grunde. For det første varer faldet ned gennem den høje kanal så lang tid, at dråbedannelsen kan undersøges under realistiske betingelser. For det andet kan man ikke blot studere samspillet mellem aerosoler og dråbedannelse ved relative luftfugtigheder på 100 procent eller derover, men også ved luftfugtigheder på under 100 procent«, siger Merete Bilde. »Det er interessant, fordi partikler nogle gange optager vand, før luften er vandmættet«.
Ved gruppens første eksperimenter sættes der fokus på, hvordan aerosoler, som dannes ved afbrænding af træ, påvirker dråbedannelsen i skyer.
Hvordan påvirker luftforurening skydannelsen på globalt plan? Det spørgsmål er den store joker i spillet om fremtidens klima. To nye satellitter, som måler den vertikale fordeling af aerosoler og skyer i atmosfæren, kan føre til mere pålidelige klimamodeller.
Hvert år tilføres atmosfæren tre milliarder tons aerosoler fra naturlige og menneskeskabte kilder, som står for 40 procent af udslippene. Aerosoler er små partikler i luften, og de har afgørende betydning for klimaet.
Aerosoler afkøler Jorden direkte ved at reflektere sollys ud i rummet og indirekte via deres samspil med skyer, hvor aerosolerne fungerer som sædekorn for dråber. Jo flere partikler, der findes i en sky, jo flere og mindre dråber dannes der, og jo mere stråling reflekterer skyen. Derfor køler beskidte skyer mere end rene skyer. Samtidig er forurenede skyer mindre tilbøjelige til at falde ned som regn, fordi de små dråber har svært ved at blive samlet i store regndråber. Konsekvensen er mere afkøling, fordi øget skydække i forurenede regioner hindrer sollys i at nå ned til jordoverfladen. Omvendt opvarmer nogle aerosoler som f.eks. sod atmosfæren, fordi partiklerne absorberer sollys. Totalt set er der dog næppe tvivl om, at luftforurening med aerosoler afkøler Jorden og modvirker den menneskeskabte drivhuseffekt. Det afgørende spørgsmål er: Hvor meget?
I dag er der rimelig enighed om, at den menneskeskabte drivhuseffekt opvarmer jordoverfladen med omkring to watt pr. kvadratmeter, mens klimamodellernes bud på aerosolernes kølende effekt er svinger mellem 0 og 4,5 watt pr. kvadratmeter – fra det rene ingenting til en afkøling, som er dobbelt så stor som opvarmningen fra drivhuseffekten.
Hvordan påvirker luftforurening skydannelsen på globalt plan? Det spørgsmål er den store joker i spillet om fremtidens klima. To nye satellitter, som måler den vertikale fordeling af aerosoler og skyer i atmosfæren, kan føre til mere pålidelige klimamodeller.
At få kvantificeret aerosolernes klimabidrag er mere påtrængende end nogensinde før; paradoksalt nok fordi luften bliver renere på globalt plan, når det gælder partikelforurening. Fra 1960-1990 steg luftforureningen med aerosoler, og det formindskede mængden af sollys ved jordoverfladen med 4-6 procent, men nu stiger solindstrålingen igen ikke blot i Europa, Nordamerika, Rusland og Japan, men også i Kina, hvor det er lykkedes at holde luftforureningen rimeligt i ave på trods af den hastige industrialisering.
Flere klimaforskere har peget på, at renere luft kan medføre øget opvarmning. For nylig udførte Meinrat Andreae fra Max Planck Instituttet for Kemi i Mainz modelberegninger, der inkluderer både de direkte og indirekte effekter af aerosoler, og resultaterne peger på, at Jordens middeltemperatur vil stige 6-10 grader frem mod år 2100; alt efter hvor ren luften bliver.
»Hvis vor model rammer i plet, kan klimaet komme helt ud af kontrol i den sidste halvdel af århundredet«, siger Andreae til tidsskriftet Nature.
Netop det "hvis" er stort, for det er ekstremt vanskeligt at kvantificere aerosolers indirekte klimabidrag. For det første er aerosoler meget fysisk og kemisk forskellige og spænder fra små sulfatmolekyler og kvælstofilter til store partikler som sod, sand og aske; en størrelsesforskel, der svarer til forholdet mellem tennisbolde og planeter. For det andet fordeles partiklerne ikke jævnt i atmosfæren som drivhusgasserne, og koncentrationerne skifter hele tiden på lokalt og regionalt plan på grund af varierende udslip og foranderligt vejr. For det tredje er det ekstremt svært at modellere de forskellige aerosolers vertikale fordeling i atmosfæren og dermed bestemme deres påvirkning af dråbedannelsen i skyerne, fordi processen er afhængig af komplekse meteorologiske forhold i de lokale skysystemer.
Hidtil har klimaforskerne især studeret samspillet mellem luftforurening og skydannelse ved hjælp af satellitter, der måler på den stråling fra Solen, som skyerne reflekterer tilbage i rummet. Dækningen er global, og man får nyttige oplysninger om skydækket, skyernes art og dråbestørrelsen. Men de nuværende satellitter kan ikke se ind i skyerne og måle, hvor aerosolerne befinder sig, og de kan heller ikke skelne mellem menneskeskabte og naturlige aerosoler. Med laserradar (LIDAR) fra jordoverfladen kan man få oplysninger om aerosolernes art og vertikale fordeling i skyerne, men dækningen er langt fra global. Den vertikale fordeling er et helt centralt parameter, bl.a. fordi aerosoler højt oppe i atmosfæren kan blive hængende i årevis, mens partikler i de nedre luftlag normalt falder ned med regn indenfor en uges tid.
Sidst i oktober opsender USA og Frankrig, hvis alt går efter planen, verdens første LIDAR satellit, Calipso, sammen med radarsatelliten Cloudsat. I fællesskab kan de to satellitter bestemme den globale vertikale fordeling af skyer og aerosoler i atmosfæren.
»For at forstå aerosolernes klimapåvirkning må man råde over detaljerede data om de komplekse processer inde i skyerne og samtidig have et globalt datasæt, der kan bruges som input i klimamodellerne. Med de nye observationer kan vi bygge bro mellem de fintmaskede skymodeller og de globale klimamodeller«, siger project scientist på Calipso, Anne Lifermann fra Centre National d'Etudes Spatiales i Frankrig.
