NASA's P-3-onderzoeksvliegtuig begint deze maand met vluchten door zowel wolken als rook boven de Zuid-Atlantische Oceaan om te begrijpen hoe kleine deeltjes in de lucht, aerosolen genaamd, de eigenschappen van wolken veranderen en hoe ze de hoeveelheid binnenkomend zonlicht beïnvloeden die de wolken reflecteren of absorberen.

De waarnemingen van aërosolen boven wolken en hun interacties, of ORAKELS, veldmissie voert de veldcampagne van een maand uit vanuit São Tomé en Principé, een eilandstaat voor de westkust van Afrika. Van daaruit gaan onderzoekers een gebied voor de kust van Angola onderzoeken, waar twee verschijnselen elkaar ontmoeten. Een daarvan is natuurlijk:een laaggelegen wolkenbank die zich van nature boven de oceaan vormt. De andere is op zijn minst gedeeltelijk door de mens gemaakt:een rookpluim van seizoensbranden op landbouwvelden in Centraal-Afrika.

De korte levensduur van aërosolen in de atmosfeer maakt ze tot de meest variabele componenten van het klimaatsysteem van de aarde. Een overkoepelende term voor elk klein deeltje dat in de atmosfeer zweeft, spuitbussen kunnen licht of donker zijn, reflecterend of absorberend van zonlicht, en kan de vorming van wolkendruppels versterken of onderdrukken. Ze kunnen natuurlijk zijn, als woestijnstof, zeezout of pollen. Ze kunnen ook het gevolg zijn van menselijke activiteiten, zoals sulfaatdeeltjes die worden gevormd door de oxidatie van zwaveldioxide dat wordt uitgestoten door elektriciteitscentrales, of, zoals het geval is in Centraal-Afrika, roet en as van door mensen veroorzaakte branden.

"Stel je een rookpluim voor, " zei ORACLES hoofdonderzoeker Jens Redemann van NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië. "Als je het ziet boven het contrast van een donkere oceaan, het ziet er lichter uit, wat betekent dat de aërosolen waaruit de rook bestaat een verkoelend effect hebben aan de bovenkant van de atmosfeer - ze reflecteren meer straling."

In tegenstelling tot, "Als je kijkt naar die aerosoldeeltjes boven een wolkendek, ze laten de wolken soms donkerder lijken, en dat zou een opwarmend effect hebben aan de bovenkant van de atmosfeer, " hij zei.

De enorme verscheidenheid aan soorten aerosoldeeltjes en het feit dat ze slechts dagen tot weken in de atmosfeer blijven, vergeleken met jaren doorgebracht door broeikasgassen, betekent dat ze een van de meest uitdagende zijn om te begrijpen en op te nemen in klimaatmodellen, zei Redeman, daarom zijn de gegevens die zijn verzameld uit de P-3-vliegtuigmetingen van aerosolen en wolken zo belangrijk.

"Ideaal, we gaan een dataset maken die klimaatmodelbouwers kunnen gebruiken om hun parametrisering van deze cloud-aerosol-interacties te testen, "zei Redemann. "Dus over tien jaar, iemand kan teruggaan en zeggen:'OKE, Ik vraag me af of deze jongens gegevens hebben verzameld over mechanisme A, B, C en ik kunnen dat gebruiken om de mechanismen in mijn model correct te krijgen.'"

Een van die klimaatmodelleurs is Susanne Bauer van NASA's Goddard Institute for Space Studies in New York City, die ook lid is van het wetenschapsteam van ORACLES.

"Om klimaatmodellen te ontwikkelen, we moeten rekening houden met microfysische processen, zoals hoe een wolkdruppel wordt gevormd en hoe dergelijke druppeltjes en fysieke omstandigheden binnen en buiten een wolk veranderen door de aanwezigheid van aërosolen, "zei ze. "Deze kunnen alleen in het veld worden gemeten."

Die microscopische interacties tussen deeltjes en druppeltjes hebben meerdere effecten. Naast directe effecten zoals het absorberen of weerkaatsen van zonlicht, Bauer zei, "ze kunnen veranderen hoeveel zonlicht een wolk terugkaatst naar de ruimte en de levensduur van een wolk. Mogelijk kunnen ze beïnvloeden of het regent of dat een wolk begint te miezeren." Het begrijpen van deze kleinschalige processen is cruciaal om kennis te vergaren over hoe door de mens veroorzaakte vervuiling het klimaat wereldwijd verandert via wolkeneffecten.

NASA's P-3 onderzoeksvliegtuig, beheerd bij NASA's Wallops Flight Facility in Virginia, is uitgerust met een reeks instrumenten om deze en andere eigenschappen rechtstreeks te meten van lucht die via inlaten aan de zijkanten en vleugels in het vliegtuig wordt gezogen. Elk instrument wordt bediend door kleine groepen wetenschappers die samen het ORACLES-onderzoeksteam vormen.

"Het werk dat we doen kan alleen worden gedaan door een grote, toegewijd team, " zei Bernadette jonker Luna, ORACLES projectmanager bij Ames, die de logistiek beheert voor de bijna honderd wetenschappers die in augustus door São Tomé zullen rouleren. "We hebben wetenschappers van vijf NASA-centra, tien universiteiten en twee nationale laboratoria, evenals nieuwe internationale partnerschappen."

De inzet van augustus 2017 is de tweede van drie jaarlijkse implementaties die zijn ontworpen om elk jaar verschillende delen van het landbouwbrandseizoen te vangen.