Wanneer fossiele brandstof of biomassa verbrandt, roet - ook bekend als zwarte koolstof - vult de lucht. Zwarte koolstof is een belangrijke klimaataanjager op korte termijn omdat het zonne-energie absorbeert en de vorming en samenstelling van wolken kan beïnvloeden.

De omvang van de impact van zwarte koolstof op wolken is al 30 jaar onderwerp van discussie. Een recentelijk gepubliceerd onderzoek door atmosferische wetenschappers van de Colorado State University heeft tot doel het debat te beslechten en klimaatmodellen te verbeteren.

Eerdere studies die in het laboratorium zijn uitgevoerd, waren in strijd met de vraag of zwarte koolstof effectief was bij de vorming van ijs, een proces dat belangrijk is voor wolkenvorming. Roetdeeltjes, zoals andere soorten aerosoldeeltjes in de lucht, kan fungeren als de basis voor de groei van ijskristallen. De laboratoriumresultaten op roet varieerden enorm van geen activiteit van ijskiemvorming tot efficiënte ijsvorming.

"Een reden waarom deze resultaten zo'n bereik zouden kunnen overspannen, is dat verbrandingsprocessen die zwarte koolstof vormen extreem gecompliceerd zijn en verschillen afhankelijk van de verbrande brandstoffen, en of de verbranding zorgvuldig wordt gecontroleerd, zoals bij een dieselmotor, of ongecontroleerd, zoals bij bosbranden, " zei Gregory Schill, eerste auteur van de studie en een voormalig NSF postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Atmosferische Wetenschappen.

Schill en zijn collega's bemonsterden rook van bosbranden en schreven brandwonden voor, filterde vervolgens roetdeeltjes uit met een techniek die hij ontwikkelde met andere leden van de onderzoeksgroep van professor Sonia Kreidenweis en Paul DeMott. Dit werk bouwt voort op Schills eerdere onderzoek naar zwarte koolstofdeeltjes uit uitlaatgassen van dieselmotoren, uitgevoerd bij het CSU Engines and Energy Conversion Laboratory.

Door de kennis die door deze experimenten is opgedaan te combineren, Schill en zijn collega's simuleerden de bijdragen van zwarte koolstofijs-kiemvormende deeltjes versus andere natuurlijke bronnen in een wereldwijd model. Ze ontdekten dat zwarte koolstof niet zo belangrijk is als eerder werd gedacht voor de vorming van ijsdeeltjes in wolken op het middenniveau, de wolken die het meest verantwoordelijk zijn voor neerslag boven continenten.

Natuurlijke bronnen, zoals stof en opspattend zeewater, meer invloed hebben op mid-level cloudeigenschappen. Deze wolkenattributen beïnvloeden het klimaat op verschillende manieren door zonlicht te weerkaatsen, neerslag vrijgeven en bepalen hoe lang de wolk aanhoudt.

"Onze resultaten suggereren dat zwarte koolstof, ongeacht het brandstoftype of de verbrandingsomstandigheden, vergelijkbare ijsvormingseigenschappen hebben in middelhoge wolken, en deze zijn minder efficiënt in het vormen van ijs in vergelijking met andere niet-antropogene bronnen, ' zei Schill.

Atmosferische modellen hebben de rol van zwarte koolstof als ijskiemvormend deeltje overschat, en deze bevindingen corrigeren dat misverstand.

"Dit geeft een duidelijker beeld van de factoren, zowel natuurlijk als antropogeen, die in een toekomstig klimaat van invloed kunnen zijn op wolken en neerslag, ' zei Schill.

De studie elimineert zwarte koolstof als de belangrijkste verdachte voor ijsvorming door rookdeeltjes, maar laat veel onbeantwoorde vragen over hoe de verbranding van biomassa wolken beïnvloedt.

"Zwarte koolstof is slechts een onderdeel van een complexe soep waaruit rook bestaat, Schill zei. "We weten dat iets in rook ijsdeeltjes kan vormen, maar we begrijpen niet helemaal wat deze wolkenzaden zijn."

CSU atmosferische wetenschappers werken aan dat probleem, inclusief een studie door de Kreidenweis/DeMott-groep die de bijdrage van biomassaverbranding van dergelijke zaden aan wolkenniveaus aanpakt. Dit ontluikende werk is gebaseerd op monsters genomen tijdens de WE-CAN-campagne, waarin wetenschappers in onderzoeksvliegtuigen in wildvuurrook vlogen. De bevindingen van de nieuwe studie bevestigen dat verheven pluimen dezelfde kenmerken hebben die Schill in zijn grondgebonden studies aantrof.