‘Scheepssporen’ zijn te kortstondig om nauwkeurig weer te geven hoe aërosol-wolk-interacties het klimaat kunnen veranderen
Een van de grootste vragen voor voorspellers van klimaatverandering is hoe atmosferische aerosolen wolken vormen, die kunnen helpen de planeet af te koelen. Nu vindt een nieuwe studie dat een veelbelovende strategie om te begrijpen hoe aërosolen en wolken op elkaar inwerken, kan overschat het koelvermogen van door vervuiling gegenereerde wolken met wel 200 procent, rapporteren onderzoekers in de 29 januari Wetenschap.
“Wolken in het algemeen, en hoe aërosolen interageren met het klimaat, zijn een grote onzekerheid in klimaatmodellen”, zegt Franziska Glassmeier, een atmosferische wetenschapper aan de Technische Universiteit Delft in Nederland. Wetenschappers weten dat aërosolen – zowel natuurlijk, als uit vulkanen, en door mensen veroorzaakt, als door vervuiling – de dikte van een wolk, het vermogen om zonlicht te verstrooien of de hoeveelheid regen die het produceert kunnen veranderen. Maar deze gecompliceerde fysieke effecten zijn moeilijk te simuleren, dus wetenschappers hebben naar echte voorbeelden gezocht om deze effecten te bestuderen.
Voer scheepssporen in. Uitlaatgassen die uit enorme vrachtschepen komen die de oceanen oversteken, kunnen deze heldere wolkenlijnen vormen. De kleine uitlaatdeeltjes werken als wolkkernen: waterdamp condenseert op de deeltjes om wolkendruppeltjes te vormen, het waterige spul van wolken. Scheepssporen zijn “dit uitstekende voorbeeld waarin we deze oorzaak en gevolg kunnen zien”, zegt Glassmeier. “Voeg deeltjes toe en je kunt zien dat de wolken helderder worden.” Helderdere wolken betekenen dat ze nog meer zonlicht de ruimte in reflecteren.
Zichtbaar en meetbaar per satelliet, bieden de sporen een potentieel venster op hoe grootschalige industriële vervuiling over de hele wereld het cloudscape van de planeet zou kunnen veranderen – en misschien hoe dergelijke wolken het klimaat zouden kunnen beïnvloeden. Satellietanalyses van scheepssporen omvatten het meten van de dichtheid van de waterdruppels in de wolken op basis van de afbeeldingen en het berekenen van hoe de helderheid van de wolken in de loop van de tijd verandert.
Om te beoordelen hoe goed scheepssporen de algehele impact van vervuiling op wolken weergeven, vergeleken Glassmeier en haar collega’s het verkoelende effect van scheepsspoorwolken met dat van gesimuleerde, door vervuiling veroorzaakte wolken, zoals die zich boven een stad kunnen voordoen. In het bijzonder wilden de onderzoekers simuleren hoe zowel de dikte als de helderheid van de wolken – en dus hun afkoelingseffect – in de loop van de tijd zouden kunnen evolueren, als gevolg van processen als regenval en verdamping.
Het probleem, zo ontdekte het team, is dat de scheepssporen niet het hele verhaal vertellen. Scheepssporen zijn van korte duur, omdat de bron van vervuiling altijd in beweging is. Maar industriële vervuiling vindt meestal niet plaats in een korte puls: in plaats daarvan is er een gestage toestroom van deeltjes naar de atmosfeer. En dat verschil in inputs beïnvloedt hoe natuurlijke wolken in de loop van de tijd reageren.
In zowel de scheepsspoorstudies als de simulaties van industriële vervuiling worden wolken aanvankelijk helderder en produceren ze een verkoelend effect. Dat komt omdat, in beide gevallen, de toevoeging van overvloedige aerosoldeeltjes aan de atmosfeer waterdamp talloze oppervlakken geeft waarop ze kunnen condenseren, waardoor veel kleine waterdruppeltjes ontstaan die deze helderdere wolk vormen en de inkomende straling reflecteren.
Maar na een paar uur, terwijl een schip verder vaart, verdwijnt het spoor van het schip en houdt de puls van vervuiling op, zegt Glassmeier. Het aanvankelijke korte beetje afkoeling neemt af naarmate de reeds bestaande natuurlijke wolken terugkeren naar hun oorspronkelijke, niet-verontreinigde staat.
Maar in het geval van industriële verontreinigende stoffen keren de natuurlijke wolken niet terug naar hun oorspronkelijke staat, blijkt uit de simulaties. De vervuilende stoffen bespoedigen eerder het verdwijnen van de wolken. Dat komt omdat de kleinere druppeltjes met aërosolzaden sneller beginnen te verdampen dan grotere, natuurlijke wolkendruppels. Deze verhoogde verdamping verdunt de oorspronkelijke wolk, waardoor er meer warmte doorlaat dan wanneer de verontreinigende stoffen nooit zijn aangekomen. En dat kan uiteindelijk een algehele opwarming in plaats van afkoeling hebben op het klimaat, zegt het team.
“Er is een tijdschaaleffect waarmee rekening moet worden gehouden”, zegt Glassmeier. Door uitsluitend te vertrouwen op de gegevens van het scheepsspoor om alle bronnen van vervuiling te begrijpen, mist dit geleidelijke uitdunnende effect. ‘Ik zou niet alle scheepsspoorgegevens weggooien; we moeten het gewoon op een nieuwe manier interpreteren. ” De huidige klimaatmodellen laten dit verdunnende effect meestal achterwege, zegt ze.
De nieuwe studie is “erg nuttig om te helpen bij het interpreteren van aerosol-wolk-relaties in satellietgegevens”, zegt Edward Gryspeerdt, een atmosferische fysicus aan het Imperial College London die niet bij de studie betrokken was. Het “toont aan dat de respons van wolken op aërosolen niet onmiddellijk is, maar in de loop van de tijd evolueert.”
Wetenschappers zijn zich daarvan bewust scheepssporen mogen niet tot afkoeling leiden, zegt Graeme Stephens, een atmosferische wetenschapper bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. Stephens merkt bijvoorbeeld op dat hij en anderen eerder hebben ontdekt dat scheepssporen het dunner worden van wolken kunnen versnellen door de verdampingssnelheid aan de toppen van de wolken te verhogen. , terwijl tegelijkertijd regenval wordt onderdrukt, waardoor de dikte van de wolk enigszins behouden blijft. Deze twee concurrerende reacties maken het lastig om het uiteindelijke lot van een wolk te bepalen.
Maar wat scheepssporen kunnen doen, is fungeren als “een soort gecontroleerd laboratorium”, zegt Stephens. Ze “bieden ons een manier om aerosol-invloeden op wolken op een directe, concrete manier te onderzoeken.”