Ongezien in de lucht om ons heen zijn kleine moleculen die de chemische cocktail van onze atmosfeer aandrijven. als planten, dieren, vulkanen, bosbranden en menselijke activiteiten spuwen deeltjes in de atmosfeer, sommige van deze moleculen fungeren als schoonmaakploegen die die vervuiling verwijderen.

De belangrijkste moleculen die verantwoordelijk zijn voor het afbreken van al deze emissies worden oxidanten genoemd. De zuurstofhoudende moleculen, voornamelijk wasmiddelen op basis van ozon en waterstof, reageren met verontreinigende stoffen en reactieve broeikasgassen, zoals methaan.

Een studie van de Universiteit van Washington, gepubliceerd op 18 mei in het tijdschrift Natuur constateert dat tijdens grote klimaatschommelingen, oxidanten verschuiven in een andere richting dan onderzoekers hadden verwacht, wat betekent dat ze moeten heroverwegen wat deze chemicaliën in onze lucht controleert.

"Oxidanten zijn zeer reactief, en ze reageren met verontreinigende stoffen en broeikasgassen en ruimen de atmosfeer op, " zei corresponderende auteur Becky Alexander, een UW universitair hoofddocent atmosferische wetenschappen. "We wilden zien hoe het vermogen van de atmosfeer om zichzelf schoon te maken zou kunnen veranderen met het klimaat."

Eerste auteur Lei Geng, een voormalig UW-postdoctoraal onderzoeker nu aan de Grenoble Alpes University, analyseerde plakjes van een Groenlandse ijskern in het isotopenchemielaboratorium van de UW. de 100, 000-jarige kern begint in een relatief warme periode, beslaat een volledige ijstijd en eindigt in het heden, met onderweg verschillende kortere temperatuurschommelingen. De onderzoekers gebruikten een nieuwe methode om voor het eerst te lezen over veranderingen in atmosferische oxidanten - vluchtige chemicaliën die niet direct worden bewaard in ijskernen.

De onderzoekers voerden smeltwater aan bacteriën die de vloeistof dronken en scheidden vervolgens een gas uit dat kan worden gemeten door machines die de isotopensamenstelling van gas volgen. Door naar het gewicht van zuurstofatomen uit het smeltwater te kijken, kon het team zien hoeveel er afkomstig waren van de twee belangrijkste oxidanten:ozon, die in de loop van de tijd in de atmosfeer verandert, versus de wasmiddelmoleculen, die naar verwachting redelijk constant zullen blijven.

"We ontdekten dat het teken van de verandering het tegenovergestelde was van wat we hadden verwacht, Alexander zei. "En dat geeft aan dat wat we dachten dat de belangrijkste drijfveren waren voor de overvloed aan oxidanten niet echt de belangrijkste controles waren, en we moesten andere mechanismen bedenken."

Atmosferische wetenschappers hadden geloofd dat de ozonspiegels stijgen naarmate de temperatuur stijgt. Ozon wordt geproduceerd met waterdamp en emissies van planten, bodembacteriën en andere levende wezens. Deze gaan allemaal omhoog naarmate de temperatuur warmer wordt. Dus de auteurs verwachtten meer ozon te vinden in de warmere klimaten.

In plaats daarvan, het aandeel ozon nam zelfs toe in koudere klimaten. Toen de temperatuurveranderingen klein waren, ozon nam toe met de temperatuur, maar voor grote temperatuurschommelingen sloeg die relatie om, met meer ozon in de koude periodes.

Een door de auteurs voorgestelde hypothese is een verandering in de circulatie tussen de troposfeer, de lucht boven ons hoofd, en de stratosfeer, de hoger gelegen laag dicht bij waar de meeste vliegtuigen vliegen. Tussen deze twee circuleert lucht, omhoog gaan in de tropen en weer naar beneden vallen bij de polen. De stratosfeer bevat meer ozon dat grotendeels wordt gevormd op die hoogten in de tropen, dus als de bloedsomloop versnelt, dan zou er meer ozon uit de stratosfeer naar de oppervlakte worden gedragen.

"Er is bewijs - sterk bewijs - dat aantoont dat de circulatie van Brewer-Dobsons sterker werd tijdens het laatste glaciale maximum, " zei co-auteur Qiang Fu, een UW hoogleraar atmosferische wetenschappen. "Dat betekent dat er minder ozon in de stratosfeer was in de tropen, maar meer op de hoge breedtegraden, en dan daalt er meer ozon van de stratosfeer naar de troposfeer."

Dat is een verklaring waarom ozon tijdens koude klimaten aan de oppervlakte zou stijgen. Deze verschuiving in de circulatie zou er ook voor zorgen dat meer ultraviolette straling de tropen raakt, en UV en waterdamp zijn de belangrijkste drijfveren voor de vorming van de andere hoofdgroep van oxidanten, de wasmiddelen. De tropen van de ijstijd kunnen dan een rijke bron van wasmiddelen worden, die vervuiling en broeikasgassen zoals methaan afbreken.

"Traditioneel, ijskernmethaanrecords zijn uitsluitend geïnterpreteerd als een verandering in de bron, Alexander zei. "Maar landoppervlakmodellen zijn niet in staat geweest om de volledige schaal van de verandering van methaan in ijskernen te simuleren. Dat suggereert dat de levensduur van methaan misschien is veranderd, en de enige manier om dat te doen is door de hoeveelheid wasmiddel in de atmosfeer te veranderen."

Een tweede mogelijke verklaring voor de raadselachtige ozontrend, onderzoekers zeiden, is een minder begrepen groep oxidanten:halogenen. Deze moleculen zijn slecht bestudeerd, en het is niet helemaal bekend hoe ze het klimaat beïnvloeden, maar onderzoekers vermoeden dat ze zouden kunnen reageren om de niveaus van andere oxidanten te beïnvloeden.

"De grootste bron van halogenen komt uit zeezout, en we weten uit ijskernen dat zeezout veel hoger is in koudere klimaten, Alexander zei. "Zee-ijs verandert ook met het klimaat, natuurlijk."

De auteurs vermoeden dat beide mechanismen - de circulatie op hoog niveau en chemische reacties met halogenen - oxidatiemiddelen kunnen beïnvloeden tijdens grote schommelingen in de temperatuur van de aarde.

"De veranderingen die we hebben gemeten in ozonniveaus lijken behoorlijk groot te zijn als je maar naar één mechanisme tegelijk kijkt, suggereren dat ze tegelijkertijd zouden kunnen handelen, en niet noodzakelijk onafhankelijk van elkaar, ' zei Alexander.