Tweederde van het aardoppervlak is bedekt met water - en twee derde van de atmosfeer van de aarde bevindt zich boven de oceanen, ver van het land en de traditionele manieren waarop mensen de gassen en verontreinigende stoffen meten die door de lucht en over de hele wereld circuleren. Terwijl satellieten in de ruimte die de belangrijkste gassen meten, een deel van die kloof kunnen dichten, er is een vliegtuig voor nodig om erachter te komen wat er werkelijk gebeurt in de chemie van de lucht boven de oceanen. Dat is waar NASA's Atmospheric Tomography (ATom) -missie binnenkomt.

Sinds 2016, een team van wetenschappers met 25 geavanceerde instrumenten aan boord van NASA's DC-8-onderzoeksvliegtuig heeft meer dan 400 verschillende gassen en een breed scala aan deeltjes in de lucht bemonsterd tijdens excursies van een maand van Alaska langs de Stille Oceaan naar Nieuw-Zeeland, dan naar Zuid-Amerika en de Atlantische Oceaan op naar Groenland, en over de Noordelijke IJszee. Ver van het land, de atmosfeer boven de oceaan is waar de schoonste lucht op aarde te vinden is - althans in theorie. In de loop van drie implementaties, en met hun vierde en laatste trektocht die eind april begint, het team heeft verrassende niveaus van verontreinigende stoffen boven de Stille Oceaan gevonden, Atlantische en Arctische oceanen.

"Het is verbazingwekkend om zo'n dichte vervuiling te zien in het midden van de oceaan, zo ver van de bronregio's, " zei Atom's hoofdonderzoeker Steve Wofsy van de Harvard University, herinnerend aan hun vlucht naar het midden van de Atlantische Oceaan en hun stop op Ascension Island halverwege Afrika en Zuid-Amerika, net ten zuiden van de evenaar.

"Toen we de eerste keer afdaalden, we waren stomverbaasd toen we ons bevonden in een dikke waas van rook en stof die zijn oorsprong vond in Afrika, duizenden kilometers naar het oosten. De nevel had een onaantrekkelijke geelbruine tint en was zo dik dat we de oceaan niet konden zien. Alle honderden vervuilende chemicaliën die we meten, hadden zeer hoge hoeveelheden. Bij elk volgend bezoek sinds die eerste, we hebben een soortgelijk lijkkleed gevonden dat zich over duizenden kilometers uitstrekt, over de hele tropische Atlantische Oceaan, " hij zei.

Computermodellen die de beweging van de belangrijkste gassen zoals koolmonoxide, ontstaan ​​door onvolledige verbranding door branden, zijn een van de tools die door het Atom-team worden gebruikt om een ​​idee te krijgen van wat ze op elk deel van hun vlucht kunnen zien. Het is ook een van de tools die ze evalueren.

"Een van de geweldige dingen van Atom is om te laten zien hoe goed het model over het algemeen werkt, " zei Paul Newman, hoofdwetenschapper aardwetenschappen bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Het model combineert weersvoorspellingen met bekende atmosferische chemie om hen te vertellen waar en wanneer een vervuilingspluim de vliegroute zal kruisen. "Maar het mist veel details. Het geeft je een idee van waar het spul vandaan komt, en dat stelt je in staat om je wetenschap te verfijnen. Dus we zijn niet op zoek naar onbekende landen, maar het is alsof, Ik heb een kaart van Iowa, en ik zal daar rondrijden, en die kaart is waarschijnlijk, afhankelijk van hoe oud het is, 95 procent gelijk. Het is de 5 procent fout die interessant is."

Een van die interessante afwijkingen vond plaats boven het noordpoolgebied, volgens atmosferische wetenschapper en Atom-teamonderzoeker Róisín Commane aan de Columbia University in New York City. "Een van de grootste vervuilingspluimen die we hebben gezien, was niet voorspeld door de modellen, die afkomstig waren van branden in Siberië. Dus Atom heeft ons een momentopname gegeven van wat we zouden kunnen missen, " ze zei.

Het volgen van pluimen is slechts de eerste stap. Het volgende is een beter begrip krijgen van hoe ze veranderen als ze over de oceaan blijven hangen. Bijvoorbeeld, de koolwaterstoffen uit rookpluimen reageren in zonlicht met andere gassen om ozon te vormen, een broeikasgas en luchtverontreinigende stof die vooral bekend staat als het hoofdbestanddeel van stadssmog. De instrumenten aan boord van de DC-8 kunnen zowel ozon zelf detecteren als alle gassen die ozon produceren door chemische reacties. Dit betekent dat naast het volgen van ozon in pluimen vanaf het land, het Atom-team kan ook bepalen hoeveel er wordt geproduceerd uit andere gassen boven de oceaan.

Het centrum van de Stille Oceaan ligt veel verder van het land dan de Atlantische Oceaan. Daar, Atom observeerde over het algemeen lage ozonniveaus, maar de productie van nieuwe ozon boven de oceaan op basis van de gemeten reeks ingrediëntgassen was hoger dan de voorspelde modellen.

"Dit houdt in dat de afgelegen Stille Oceaan een grotere bron van ozon in de troposfeer is dan we eerder begrepen, " zei Atom's plaatsvervangend projectwetenschapper Michael Prather aan de Universiteit van Californië, Irvine. "Het is een voorlopige uitslag, en we moeten nog analyseren of dit geproduceerde ozon natuurlijk is of gerelateerd is aan vervuiling, maar het betekent wel dat we moeten heroverwegen wat we geloven over hoeveel ozon wordt geproduceerd boven de afgelegen oceanen, en wat dat betekent voor het klimaat en onze inspanningen om de ozonvervuiling op het land te verminderen."

De definitieve implementatie van TTom vindt dit voorjaar plaats. Met de atmosferische gegevens die ze hebben verzameld tijdens vluchten van elk seizoen van het jaar, het wetenschappelijke team zal doorgaan met het analyseren van de gegevens en het verbeteren van de atmosferische modellen die ons helpen onze thuisplaneet te begrijpen.

Atom wordt gefinancierd door NASA's Earth Venture-programma en beheerd door het Earth Science Project Office van NASA's Ames Research Center in Silicon Valley. Het DC-8-onderzoeksvliegtuig wordt beheerd door NASA's Armstrong Flight Research Center in gebouw 703 in Palmdale, Californië. Een team van meer dan 100 mensen - wetenschappers, ingenieurs, cockpitbemanning en personeel - van overheidsinstanties en universiteiten ondersteunen de missie zowel in de lucht als vanaf de grond.