Het noordpoolgebied warmt twee of drie keer sneller op dan de rest van de planeet. Deze versterkte opwarming is te wijten aan verschillende factoren, maar het relatieve belang van elk blijft nog steeds onduidelijk. "We weten het wel, echter, dat wolken een belangrijke rol kunnen spelen, " zegt Julia Schmale, een EPFL-professor die aan het hoofd staat van het Extreme Environments Research Laboratory en de Ingvar Kamprad-leerstoel bekleedt. "Door de zonnestralen terug in de ruimte te reflecteren of warmte dicht bij het aardoppervlak op te sluiten als een deken, wolken helpen de planeet af te koelen of op te warmen."

Schmale heeft - samen met wetenschappers van het Laboratorium voor Atmosferische Chemie van het Paul Scherrer Instituut en de afdeling Milieuwetenschappen van de Universiteit van Stockholm en het Bolin Centrum voor Klimaatonderzoek - in augustus en september 2018 enkele weken besteed aan het verzamelen van gegevens in de buurt van de Noordpool, als onderdeel van de Amerikaans-Zweedse expeditie Arctic Ocean 2018 aan boord van de Zweedse ijsbreker Oden. De wetenschappers hebben de chemische en fysische eigenschappen van atmosferische moleculen en aerosoldeeltjes gemeten om de omstandigheden die leiden tot wolkenvorming beter te begrijpen.

Hoe aerosolen worden gevormd in het noordpoolgebied

"Een van onze doelstellingen was om te onderzoeken hoe nieuwe aerosoldeeltjes zich konden vormen in de Arctische atmosfeer, " zegt Andrea Baccarini, een doctoraat student aan het Paul Scherrer Instituut en nu wetenschappelijk medewerker in het Extreme Environments Research Laboratory. "Onder de juiste omstandigheden gasmoleculen condenseren samen tot kleine clusters die kunnen groeien, uiteindelijk aerosolen vormen." Als deze aerosolen ook maar een klein beetje groter worden, ze kunnen functioneren als wolkencondensatiekernen, die essentieel zijn voor wolkenvorming.

In de Arctische zomer en herfst, de concentratie van aerosolen is extreem laag. "De bijdrage van nieuw gevormde aerosolen kan extreem belangrijk zijn en zelfs een kleine verandering in de aerosolconcentratie in het hoge Noordpoolgebied kan een grote impact hebben op de wolkenvorming of de stralingseigenschappen van wolken veranderen, ", zegt Baccarini. Het is ook nog steeds niet duidelijk hoe belangrijk lokale aerosolprocessen zijn voor wolkenvorming in vergelijking met regionaal of langeafstandstransport, bijvoorbeeld. "Met deze expeditie we zouden de exacte bronnen van aerosoldeeltjes kunnen onderzoeken die nodig zijn om wolken te vormen", voegt Paul Zieger toe, een assistent-professor aan de Universiteit van Stockholm die het onderzoeksproject naar aerosol-cloudprocessen van de expeditie van 2018 leidde.

Jodiumzuur verschijnt in de vroege herfst

Het onderzoeksteam ontdekte dat jodiumzuur, een chemische verbinding die nog niet eerder in de regio was waargenomen, veroorzaakt de vorming van nieuwe aerosolen tussen de late zomer en vroege herfst. "Er is aan het einde van de zomer minder ijs in het noordpoolgebied, veel open water en de concentratie jodiumzuur is dan erg laag, ", zegt Schmale. "Tegen eind augustus daalt de temperatuur en begint het water weer te bevriezen, markeert het begin van de zogenaamde bevriezingsperiode. Dit is wanneer de jodiumzuurconcentratie sterk toeneemt, wat leidt tot frequente nieuwe vorming van aerosoldeeltjes."

Het team ontwikkelde een eenvoudig model om de variabiliteit van jodiumzuur in de atmosfeer te verklaren, die grotendeels afhangt van de plaatselijke meteorologische omstandigheden. Ze waren ook in staat om de volledige keten van gebeurtenissen te beschrijven die helemaal leidt van de vorming van nieuwe deeltjes tot wolken, van het gasmolecuul dat aanvankelijk een deeltje creëert tot de vorming van condensatiekernen in de wolken. "Het observeren en beschrijven van dit proces onder reële omstandigheden was een uiterst zeldzame kans, ’ zegt Schmale.

Hun bevindingen, onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie , meer inzicht geven in de rol van biogeochemische processen voor wolkenvorming boven het Arctische pakijs en mogelijk ook voor Arctische opwarming.