Onweersbuien veroorzaakt door een groep gigantische bosbranden in 2017 injecteerden een kleine vulkaan met aerosol in de stratosfeer, waardoor een rookpluim ontstond die bijna negen maanden aanhield. CIRES- en NOAA-onderzoekers die de pluim bestudeerden, ontdekten dat zwarte koolstof of roet in de rook de sleutel was tot de snelle opkomst van de pluim:het roet absorbeerde zonnestraling, de omringende lucht verwarmen en de pluim snel laten opstijgen.

De opwellende rookwolken boden onderzoekers een ideale gelegenheid om klimaatmodellen te testen die schatten hoe lang de deeltjeswolk zou aanhouden - na het bereiken van een maximale hoogte van 23 km, de rookpluim bleef vele maanden in de stratosfeer.

Deze modellen zijn ook belangrijk voor het begrijpen van de klimaateffecten van een nucleaire oorlog of geo-engineering.

"We vergeleken waarnemingen met modelberekeningen van de rookpluim. Dat hielp ons te begrijpen waarom de rookpluim zo hoog opsteeg en zo lang aanhield, die kunnen worden toegepast op andere stratosferische aërosolinjecties, zoals van vulkanen of nucleaire explosies, " zei NOAA-wetenschapper Karen Rosenlof, een lid van het auteursteam dat ook wetenschappers van CU Boulder omvatte, Marine onderzoek, Rutgers en andere instellingen. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Tijdens de zomer van 2017, bosbranden woedden over de Pacific Northwest. Op 12 augustus in Brits-Columbia, een groep branden en ideale weersomstandigheden veroorzaakten vijf bijna gelijktijdige torenhoge rookwolken of pyrocumulonimbuswolken die de rook hoog in de stratosfeer brachten. Binnen twee maanden, de pluim steeg van zijn aanvankelijke hoogte van ongeveer 12 km tot 23 km en bleef veel langer in de atmosfeer - satellieten konden hem zelfs na acht maanden waarnemen.

"De rook van bosbranden was een ideale case study voor ons omdat het zo goed werd waargenomen door satellieten, " zei hoofdauteur Pengfei Yu, een voormalig CIRES-wetenschapper bij NOAA, nu bij het Institute for Environment and Climate Research aan de Jinan University in Guangzhou, China.

Instrumenten op twee satellieten - het internationale ruimtestation en NASA's CALIPSO - en op NOAA's ballon-gedragen Printed Optical Particle Spectrometer, of POP, leverde de aerosolmetingen die de onderzoekers nodig hadden.

Yu en zijn collega's vergeleken die waarnemingen met resultaten van een wereldwijd klimaat- en scheikundemodel om een ​​match te krijgen voor hoe hoog de rook opsteeg en hoe lang deze in de atmosfeer bleef. Met metingen van de stijgsnelheid en evolutie van de rookpluim, de onderzoekers konden inschatten hoeveel zwarte koolstof in de rook zat en hoe snel het organische stof in de stratosfeer werd vernietigd.

Ze ontdekten dat de snelle opkomst van de pluim alleen kon worden verklaard door de aanwezigheid van zwarte koolstof of roet, die ongeveer 2 procent van de totale massa van de rook omvatte. Het roet absorbeerde zonnestraling, verwarmde de omringende lucht en dwong de pluim hoog in de atmosfeer.

Volgende, het team modelleerde de degradatie van de rookpluim in de atmosfeer. Ze ontdekten dat om de waargenomen vervalsnelheid van de rook over de meermaandelijkse pluim na te bootsen, er moest een relatief langzaam verlies van organische koolstof zijn (via fotochemische processen) waarvan eerdere nucleaire winterstudies hadden aangenomen dat het zeer snel zou gaan.

"We hebben een beter begrip van hoe onze modellen rook weergeven. En omdat we dit proces kunnen modelleren, we weten dat we andere aerosolgerelateerde processen in de atmosfeer kunnen modelleren, " zei Ru-Shan Gao, een NOAA-wetenschapper en een van de co-auteurs van het artikel.

Brian Toon van CU Boulder en Alan Robock van Rutgers University, ook co-auteurs van het nieuwe artikel, zijn vooral geïnteresseerd in wat de bevindingen betekenen voor de klimaateffecten van nucleaire explosies, waaronder een ernstige afkoelingsimpact die 'nucleaire winter' wordt genoemd. Bij het modelleren van de klimaateffecten van een nucleaire oorlog, Toon, Robock en anderen hebben lang verwacht dat enorme branden rookpluimen zouden veroorzaken die ook tot ver in de stratosfeer zouden kunnen worden opgetild.

"Terwijl de opkomst van de rook in de jaren tachtig werd voorspeld, de brand van 2017 in British Columbia is de eerste keer dat het is waargenomen, ' zei Toon.

"Het was spannend om bevestiging te krijgen, ’ voegde Robock eraan toe.

Bovendien, de gedetailleerde observaties die tijdens de brand van 2017 zijn gedaan, zoals de iets langer dan verwachte persistentie van organisch materiaal, voeden meer modellering, merkten de twee op. Het is mogelijk dat de afkoelingseffecten van een nucleaire winter iets minder lang aanhouden dan modellen tot nu toe hebben voorspeld, Toon zei, maar er wordt gewerkt.