Coaten van rookkanalen en dieseluitlaatpijpen, zwarte koolstof laat een roetachtige voetafdruk achter op aarde. Maar hoe zijn reis door de atmosfeer te volgen?

Wetenschappers van het Pacific Northwest National Laboratory hebben een unieke computationele tagging-techniek ontwikkeld om de invloed van lokale versus niet-lokale bronnen van roet op de regionale luchtkwaliteit in China te detecteren. Ze gebruikten deze techniek om te bepalen hoeveel elke roetbron - lokaal of afgelegen - heeft bijgedragen aan de opwarming van de atmosfeer boven China. Atmosferische scheikunde en natuurkunde het onderzoek gepubliceerd.

Wanneer hout of kolen worden verbrand, roet is een van de bijproducten. Hoewel roetdeeltjes fijn en poederig kunnen zijn, ze kunnen een groot effect hebben op het milieu. Lokale en niet-lokale bronnen van roet hebben verschillende invloeden op stralingsforcering - het veranderen van de energiebalans van de aarde - in het bestemmingsgebied. In China, bijvoorbeeld, de luchtkwaliteit is slecht vanwege een toename van kleine atmosferische deeltjes door snelle stedelijke en economische groei in de afgelopen jaren. Wanneer er meer auto's op de weg komen of mensen meer apparaten gebruiken (aangedreven door kolen opgewekte elektriciteit), meer van deze deeltjes komen vrij in de atmosfeer. Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd hoeveel invloed deze deeltjes uit de ene regio hebben op de luchtkwaliteit van aangrenzende gebieden.

Het verminderen van roet in de atmosfeer zal waarschijnlijk de veranderingen in de atmosferische opwarming en de regionale luchtkwaliteit verbeteren. Eerdere studies hebben aangetoond dat de verwarming van woningen en de industrie het meeste roet veroorzaken in vergelijking met China. Echter, een effectief programma om de impact van roet in een bepaalde regio te verminderen, vereist kennis van de bron van het roet - of het nu uit de regio komt, of geïmporteerd uit een ander gebied.

PNNL-onderzoekers gebruikten het Community Earth System Model om een ​​weergave van atmosferische aerosoldeeltjes te simuleren en de brontoewijzing van zwarte koolstof te bepalen, ook wel roet genoemd, en de directe stralingsforcering (die bijdraagt ​​aan de opwarming van de atmosfeer) boven China. Onderzoekers hebben het model uitgerust met een black carbon source-tagging-techniek, waarmee ze roetdeeltjes kunnen volgen die worden uitgestoten uit verschillende bronregio's en/of sectoren. Ook voerden wetenschappers nieuwe datasets in voor de meest recente jaren die beschikbaar waren.

In regio's van China met een sterke uitstoot van zwarte koolstof, bijvoorbeeld het noorden, zuiden, en noordoost-onderzoekers ontdekten dat lokale bronnen voornamelijk bijdroegen aan de concentraties zwarte koolstof in de buurt van het oppervlak. Wetenschappers ontdekten ook dat niet-lokale bronnen een sterkere invloed hadden op zwarte koolstof dan centraal en westelijk China. Tijdens het winternevelseizoen, meer dan 50 procent van de bijna-oppervlakte zwarte koolstof in China is afkomstig van vervuiling in Noord-China, die meer dan 90 procent bijdroeg aan de lokale zwarte koolstof en een aanzienlijk deel aan het zuiden, zuidwesten, en centraal-west China. Algemeen, lokale bronnen waren goed voor 65 procent van de atmosferische verwarming van zwarte koolstof boven China, terwijl externe bronnen 35 procent bijdroegen.

Uit het onderzoek bleek ook dat het roet van China niet binnen zijn grenzen blijft. Luchtvervuiling uit China, via transport over de Stille Oceaan, goed voor 8 procent van de zwarte koolstofconcentratie en 29 procent van de totale hoeveelheid zwarte koolstof in de luchtkolom in het westen van de Verenigde Staten in het voorjaar.

Het onderzoeksteam heeft een source-tagging-techniek ontwikkeld voor atmosferische sulfaatdeeltjes, ook componenten van vervuiling die stralingsverwarming en -koeling in de atmosfeer beïnvloeden. Onderzoekers zullen de techniek gebruiken om de bronattributies van wereldwijde sulfaat en het effect ervan op de opwarming en afkoeling van de atmosfeer te begrijpen.