Elk jaar komt hetzelfde fenomeen terug. Tijdens het droge seizoen, in de winter, het verbranden van fossiele brandstoffen en biomassa in Zuid-Azië zorgt voor een enorme vervuilingsnevel:de Atmospheric Brown Cloud. Hoe en waarom het verdwijnt zodra het regenseizoen in de lente begint, is nu opgehelderd door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van het Max Planck Institute for Chemistry. Het resultaat is dat onweersbuien, bliksem en chemische reacties versterken het zelfreinigende vermogen van de atmosfeer, waardoor luchtverontreinigende stoffen efficiënt uit de lucht kunnen worden gewassen. Echter, de verontreinigende stoffen die niet worden geëlimineerd, worden door de moesson naar de bovenste troposfeer getransporteerd en vervolgens wereldwijd verspreid.

Geen weerfenomeen definieert Zuid-Azië zo goed als de moesson:dit enorme circulatiesysteem leidt in de winter tot droogte, maar zorgt in de zomer voor intense neerslag. De zomermoesson wordt gecreëerd door de opwarming van luchtmassa's boven het Indiase subcontinent en de opstijgende warme lucht. Als resultaat, vochtige zeelucht wordt aangezogen en stroomt over land richting de Himalaya. Diepe onweerswolken produceren maandenlang regen over de regio, watervoorziening te garanderen en oogsten veilig te stellen.

Atmosferische onderzoekers vermoeden al lang dat de stijgende luchtmassa's ook vervuiling hoog in de atmosfeer transporteren, zelfs boven de regenwolken. "We verwachtten dat verontreinigende gassen en deeltjes worden overgebracht naar een anticycloon, een enorme circulatie van winden met de klok mee, die zich boven de wolken boven Zuid-Azië vormt als gevolg van de onweersconvectie, " zegt Jos Lelieveld, Directeur bij het Max Planck Instituut voor Chemie. geografisch, de landen van Bhutan, Nepal, Birma, Bangladesh, Tibet, Indië, Sri Lanka, Pakistan en Afghanistan maken deel uit van Zuid-Azië. In deze regio, De uitstoot van stikstofoxide en zwaveldioxide door de verbranding van steenkool en andere fossiele brandstoffen is de afgelopen tien jaar met vijftig procent toegenomen. Echter, de vervuilingswolk wordt ook gevoed door andere bronnen, met name de verbranding van biomassa door de grote bevolking van de regio.

De moesson transporteert luchtverontreinigende stoffen en elimineert ze

Het bewijs dat de Zuid-Aziatische moesson daadwerkelijk verontreinigende stoffen door de wolkenlaag zo hoog als de stratosfeer transporteert, is nu geleverd door een uitgebreide expeditie met het HALO-onderzoeksvliegtuig:in 2015, het Max Planck Instituut voor Chemie, samen met collega's van het Forschungszentrum Jülich, het Karlsruhe Institute of Technology en het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), lanceerde de missie "Oxidation Mechanism Observations" (OMO). "Onze onderzoeksvluchten hebben aangetoond dat de moesson ook effectief verontreinigende stoffen uit de atmosfeer verwijdert, ", aldus expeditieleider Lelieveld. De verontreinigende stoffen worden vanaf het oppervlak meegevoerd en snel omgezet in verbindingen die gemakkelijker door regen kunnen worden verwijderd.

De studie van het wetenschappelijke team bracht dus de deugd van de moesson aan het licht, maar ook de keerzijde ervan:een groot deel van de verontreinigende stoffen in Zuid-Azië beweegt zich boven de moessonwolken de anticycloon in. Daar hopen ze zich op en worden vervolgens over de hele wereld verspreid. Bijvoorbeeld, bijna tien procent van de zwaveldioxide-emissies van Zuid-Azië bereikt de stratosfeer, wat weer gevolgen heeft voor het klimaat en de ozonlaag. De moesson vertegenwoordigt daarom niet alleen een soort efficiënte vervuilende wasmachine, maar draagt ​​tegelijkertijd bij aan de wereldwijde luchtvervuiling.

HALO onthult de bronnen van luchtvervuiling en de afbraakprocessen

De wetenschappers kwamen tot deze bevindingen uit metingen in de anticycloon:in juli en augustus vlogen ze tot 15 kilometer de moessonuitstroom in, tussen de oostelijke Middellandse Zee en de Indische Oceaan, en analyseerde de samenstelling van de atmosfeer met het onderzoeksvliegtuig HALO. Ze passeerden regio's in het Midden-Oosten, de Middellandse Zee en Noord-Afrika om de omvang van het fenomeen te onderzoeken.

During the survey flights, they identified numerous chemical compounds in order to understand the sources of atmospheric pollution and the chemical processes in the atmosphere:sulphur dioxide and nitrogen oxides, ozon, spuitbussen, chlorine-containing molecules, hydrocarbons and their degradation products.

More carbon monoxide and sulphur dioxide, but also more hydroxyl

Bijvoorbeeld, the measurement flights revealed that carbon monoxide and sulphur dioxide concentrations within the anticyclone were significantly increased compared to outside. "The large amounts of sulphur dioxide originate from combustion processes by human activities and are much higher than natural background concentrations, " says atmospheric researcher Hans Schlager of the DLR. This, beurtelings, means that a substantial proportion of atmospheric pollution is transported to altitudes up to 15 kilometres. In aanvulling, the researchers were able to demonstrate that India represents a significant source of pollutants. It was previously assumed that much of the emissions come from China, because the monsoon's area of influence extends as far as East Asia.

"We also analysed the levels of hydroxyl radicals and found significantly higher concentrations within the anticyclone than outside it, " relates Max Planck researcher Hartwig Harder, who was present during the entire expedition. The hydroxyl molecule (OH) is better known as the atmospheric cleansing agent because it is highly reactive and efficiently oxidizes pollutants. Chemically, this has two effects:on the one hand, their solubility and thus their ability to lock on to existing airborne particles change, making them easier to wash out of the atmosphere by precipitation. Anderzijds, the oxidized molecules can combine to form new aerosols. Because the anticyclone expands widely and disperses the particles, this effect can impact the global climate.

More atmospheric cleaners thanks to lightning

The atmospheric cleanser OH primarily forms when ozone and water are broken down by sunlight. Once the radical has reacted with pollutants, it is generally lost. Echter, if nitrogen oxides are present, it is recycled and can purify repeatedly, explains the atmospheric chemist Andreas Hofzumahaus of Forschungszentrum Jülich. Nitrogen oxides are formed not only by the combustion of diesel fuel, but also by lightning in the atmosphere. Because lightning frequently occurs during monsoon thunderstorms, the self-cleaning power at 15 kilometres altitude is maintained despite the atmospheric pollution. Volgens de wetenschappers even much more OH is recycled than is primarily formed.

Dit betekent, dan, that the monsoon weather phenomenon not only pumps pollutants high into the atmosphere, but simultaneously provides a cleaning mechanism to remove some of those pollutants again.

This explanation was confirmed by the results of an established numerical model system, which computes the chemical processes in the atmosphere globally. Based on this model, it is possible to determine, onder andere, the concentrations of individual chemical compounds such as carbon monoxide, zwaveldioxide, hydrocarbons, nitrogen oxides and those of the OH radical – verified based on the measurements. The OH decreases by a factor of two to three if the scientists do not take into account the nitrogen oxides produced by lightning in the model.

Because it can be assumed that pollutant emissions in the region will continue to increase in future years, the researchers headed by Jos Lelieveld are interested in how the two faces of the Janus-headed South Asian monsoon will develop in the future:Will the cleaning and transport mechanism continue to exist side by side or will they be tilted in one direction or the other?