Winderige gebieden hoog in de atmosfeer kunnen verontreinigende stoffen zoals stof of roet duizenden kilometers over de hele wereld vervoeren en het dagelijks leven van duizenden mensen verstoren.

Vorige zomer, "Godzilla" kwam voor het Caribisch gebied en de Amerikaanse Golfkust. Dit specifieke monster was niet van de sci-fi variant, maar, liever, een enorme stofstorm opgestuwd door wind uit de Sahara en een oceaan meegesleurd. De stofstorm was een extreem voorbeeld van een fenomeen dat regelmatig voorkomt:het wereldwijde transport van stof, roet, en andere deeltjes in de lucht, gezamenlijk bekend als aerosolen, door windstoten in de atmosfeer. Het resultaat is de vorming van zogenaamde atmosferische aërosolrivieren.

Een beter begrip krijgen van hoe deze deeltjes over de hele wereld worden getransporteerd, is belangrijk omdat bepaalde aerosolen de bodem van het regenwoud kunnen voeden, wolkenvorming helpen of belemmeren, zichtbaarheid verminderen, of de luchtkwaliteit aantasten, wat van invloed kan zijn op de menselijke gezondheid. Maar studies over aërosoltransport hebben de neiging zich te concentreren op afzonderlijke gebeurtenissen in een bepaald deel van de wereld. Er was niet echt een manier om ze holistisch te bekijken, wereldwijde manier.

In een eerste, een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven doet precies dat. Vijf soorten aerosolen zijn van bijzonder belang voor onderzoekers:stof, twee soorten koolstofdeeltjes (roet en organische koolstof), sulfaat (uitgestoten tijdens gebeurtenissen zoals vulkaanuitbarstingen of het verbranden van fossiele brandstoffen), en zeezout. De auteurs identificeerden waar aërosol atmosferische rivieren de neiging hebben voor te komen en hoe vaak extreme gebeurtenissen, vergelijkbaar met de Godzilla-stofstorm, elk jaar gebeuren. Om dit te doen, ze namen een computerprogramma dat ze eerder ontwikkelden om atmosferische rivieren over de hele wereld te detecteren die waterdamp verplaatsen en neerslag produceren, en ze hebben het aangepast om in plaats daarvan atmosferische aërosolrivieren te detecteren.

De verschuiving van het gebruik van atmosferische rivieren om de beweging van waterdamp te bestuderen naar het gebruik ervan om het transport van aerosolen te bestuderen, was een openbaring, omdat onderzoekers pas ongeveer zes jaar geleden het wereldwijde detectiekader van atmosferische rivieren begonnen te gebruiken om de beweging van extreme hoeveelheden waterdamp te bekijken. Het concept van atmosferische rivieren is pas ongeveer 20 jaar oud.

"Het kostte wetenschappers tijd om atmosferische rivieren als concept te herkennen en te benutten, " zei Duane Waliser, een van de co-auteurs van de studie en een atmosferische wetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. En pas toen Waliser met zijn collega sprak, Arlindo da Silva, een aerosolonderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, over het sfeervolle rivierconcept dat voor beide onderzoekers een lampje ging branden. "'We moeten ons algoritme nemen en het toepassen op uw aerosoldataset, ' zei Waliser.

Plaats, Plaats, Plaats

Na het aanpassen van het atmosferische rivieralgoritme voor aerosol atmosferische rivieren, de auteurs van het onderzoek pasten het toe op een ultramoderne reconstructie van de atmosfeer van de aarde, de Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Versie 2 (MERRA-2) van NASA's Global Modeling and Assimilation Office. Het bevat datasets van satellieten, instrumenten in de lucht, en sensoren op de grond van 1980 tot heden om elke zes uur een weergave te maken van de structuur van de atmosfeer van de aarde.

Met MERRA-2 konden de onderzoekers terugkijken in de tijd om de locatie en frequentie van atmosferische aërosolrivieren over de hele wereld van 1997 tot 2014 te analyseren. De auteurs van het onderzoek ontdekten dat regio's, waaronder de Sahara, Patagonië, Aziatische woestijnen, en Namibië zijn grote bronnen van stof aerosol atmosferische rivieren, terwijl gebieden zoals het oosten van de V.S., de zuidelijke Amazone en Afrika, en Noord-India heeft de neiging om die te produceren die worden gedomineerd door roet als gevolg van bosbranden en de verbranding van fossiele brandstoffen.

De analyse toonde ook aan dat deze atmosferische rivieren de neiging hebben om grote hoeveelheden aerosolen te verplaatsen in een beperkt aantal extreme gebeurtenissen in plaats van in een gestage stroom gedurende het hele jaar.

"We waren verbaasd toen we ontdekten dat een paar grote evenementen per jaar tussen 40% en 100% van de aerosolen die door de atmosfeer worden verplaatst, kunnen vervoeren, " zei Sudip Chakraborty, een atmosferische wetenschapper bij JPL en een co-auteur van een studie.

Nu wetenschappers een manier hebben om naar atmosferische aërosolrivieren wereldwijd te kijken, het raamwerk geeft hen een manier om te bestuderen hoe deze met deeltjes beladen rivieren in de lucht het klimaat op aarde beïnvloeden. Dit omvat hoe aerosolen interageren met wolken om mogelijk stormen op te laden, hoe ze warmte vasthouden of weerkaatsen in de atmosfeer, en of fenomenen zoals El Niño en La Niña invloed hebben op atmosferische aërosolrivierpaden en -frequentie.

De nieuwe aanpak geeft onderzoekers ook inzicht in hoe aërosol atmosferische rivieren gemeenschappen over de hele wereld kunnen beïnvloeden, door hun impact op de luchtkwaliteit en zichtbaarheid en hun vermogen om plantpathogenen te verplaatsen die gewassen kunnen aantasten. "Als je je realiseert dat veel van het transport plaatsvindt in slechts een paar grote evenementen, dan weet je dat je je moet concentreren op die grote evenementen, ' zei da Silva.