Voor Stephan Borrmann, een dag detectivewerk op grote hoogte begint vroeg. Hij wordt om ongeveer 05.30 uur wakker in een hotel in de buitenwijken van Kathmandu, Nepal. Na een snel ontbijt, hij en zijn team worden naar de luchthaven van de stad gereden. Het is hun taak om een ​​omgebouwd Russisch spionagevliegtuig voor te bereiden, zodat het een van de grootste mysteries van de atmosfeer kan onderzoeken.

Professor Borrmann is atmosferisch fysicus aan de Johannes Gutenberg Universiteit en het Max Planck Instituut voor Chemie in Mainz, Duitsland. Hij is geïnteresseerd in het complexe systeem van wolken en aerosolen dat zich in een groot deel van Zuid-Azië vormt als onderdeel van de moesson. De Himalaya dwingt lucht naar boven en vormt een enorme massa wervelende wolken. Dit werkt 'als een stofzuiger', zegt prof. Borrmann, het opzuigen van luchtvervuiling uit heel Azië. In 2009, satellieten hebben opgepikt dat een laag aerosol - een suspensie van kleine deeltjes - zich net boven de wolken op een hoogte van ongeveer 14-18 km ophoopte. Maar niemand wist waar het van gemaakt was.

Prof. Borrmann en zijn team wilden meer weten omdat het waarschijnlijk leek dat deze laag, bekend als de Aziatische troposferische aerosollaag (ATAL), mogelijk een belangrijk en ongediagnosticeerd effect hebben op het klimaat van onze planeet. Spuitbussen reflecteren over het algemeen zonlicht en staan ​​ook bekend als belangrijke zaden voor wolken. Er werd dus verwacht dat de ATAL enige regionale afkoelingseffecten zou hebben, maar hoe significant die zouden zijn, was onduidelijk.

Er was nog een ander aspect aan het mysterie. De lucht op deze hoogte, boven het woedende moessonsysteem beneden, is zeer stabiel, waardoor de aerosoldeeltjes ruimschoots de tijd krijgen om te fungeren als oppervlakken waarop ongebruikelijke chemische reacties kunnen plaatsvinden. Dit kan een reeks verontreinigende stoffen creëren die zich wijd door de atmosfeer kunnen verspreiden. Maar niemand had enig idee hoe die chemie zou zijn.

Dit is wat Prof. Borrmann en zijn team in juli 2017 naar de luchthaven van Kathmandu bracht:om erachter te komen wat er aan de hand was in deze mysterieuze ATAL als onderdeel van hun EXCATRO-project. Ze kwamen om ongeveer 6.30 uur aan bij een achteringang bemand door enkele soldaten die hun namen controleerden aan de hand van een handgeschreven lijst. Daarna werden ze naar een enorme hangar gebracht. Binnen was een speciaal onderzoeksvliegtuig en een reeks banken met wetenschappelijke instrumenten - niet alleen die van het team van prof. Borrmann, maar ook van nog eens 15 teams van over de hele wereld. "Het is chaos, " zei prof. Borrmann. "Overal kabels en gereedschap."

Kathmandu

Prof. Borrmann en zijn team bereiden en kalibreren zo'n 11 verschillende instrumenten. Maar hun meest gewaardeerde onderdelen zijn twee uniek gevoelige massaspectrometers, instrumenten die sporengassen scheiden en meten op basis van hun massa. Het duurt een paar uur om de instrumenten te controleren en te kalibreren en ze aan de buitenkant van het vliegtuig te bevestigen, ook onder de vleugels, zodat de lucht er doorheen stroomt. Vervolgens, omdat er niet genoeg ruimte is voor tractoren in de buurt van de hangar, ongeveer 20 onderzoekers duwen het vliegtuig naar buiten waar de Russische piloot, de enige persoon die naar boven gaat, zijn motoren kan starten.

Er zijn maar weinig vliegtuigen die zo hoog kunnen vliegen als deze, een Russische M-55 Geophysica. Commerciële vluchten varen op een hoogte van ongeveer 11 km, maar dit vliegtuig kan meer dan 20 km bereiken. Piloten moeten een drukpak dragen in het vliegtuig met één stoel. Het regelen van vluchten was lastig in een regio met politieke spanningen. Prof. Borrmann zegt dat het vier jaar diplomatie op hoog niveau kostte om een ​​overeenkomst te bereiken om het vliegtuig in het Nepalese en Indiase luchtruim te laten vliegen.

Als het eenmaal daarboven is, de instrumenten moeten automatisch werken en er is niet veel dat prof. Borrmann of iemand anders kan doen - afgezien van zorgen. Hij zegt dat de temperatuur daarboven -85 . is ^O C en dus staan ​​de instrumenten onder ongelooflijke stress. Vliegen door wolken kan ook erg turbulent worden. "Er zijn een miljoen kleine dingen die falen kunnen veroorzaken, " hij zei.

Een satelliettelefoon in het vliegtuig pingt sms-berichten terug naar de grond met de status van de instrumenten. De onderzoekers zitten in de hangar en zien op een groot scherm de updates binnenkomen. Alles is grotendeels stil. Bij een paar gelegenheden, zegt prof. Borrmann, de instrumenten deden het niet, dus stuurde hij een sms waarin hij hen opdroeg zichzelf uit en weer aan te zetten. Dankbaar, dat werkte.

Laat in de middag landt het vliegtuig en geeft de piloot een debriefing van 20 minuten in het Russisch (die Prof. Borrmann spreekt, een beetje). Het is belangrijk om de exacte vliegroute te begrijpen waarop de instrumenten hun gegevens hebben gekregen, zodat de chemie van de aerosollaag in ruimtelijke termen kan worden begrepen. Dan is er een worsteling om de instrumenten uit te laden en de gegevens te downloaden.

Het was op dit punt op een dag dat Prof. Borrmann een moment had waarvan hij zegt dat hij het nooit zal vergeten. "Vanaf de tijd sporen, Ik kon de blauwe lijn die nitraat voorstelt zien stijgen en stijgen, " zei hij. Het was toen en daar vrij duidelijk voor hem dat de ATAL grotendeels uit nitraatzouten bestond, en het team bevestigde dit later als ammoniumnitraat. "Voor een paar minuten, Ik was de enige wetenschapper ter wereld die het antwoord op dit enorme mysterie wist."

Ammoniak vervuiling

Het was niet geheel een verrassing dat ammoniak de belangrijkste schuldige was in de ATAL. Het noorden van het Indiase subcontinent staat bekend als een van 's werelds hotspots voor ammoniakvervuiling, omdat er zoveel kunstmest wordt geproduceerd en gebruikt. Bij deze activiteiten komt ammoniak vrij in de lucht, die vervolgens kunnen reageren met stikstofoxiden en zwaveloxiden om aerosolen te vormen. Een paar onderzoeksballonvluchten hadden al voorlopige hints gegeven dat het er in 2018 was. Prof. Borrmann en zijn collega's hebben dit bewezen en hebben enorme details gegeven over de verdeling en concentraties van de nitraataerosolen.

Kort na het begin van de campagne van meetvluchten, Prof. Borrmann zegt dat hij een aantal gedenkwaardige berichten heeft gekregen. "Na twee of drie vluchten, we kregen e-mails van collega's bij NASA, "zei hij. "En ze zeiden in wezen:"We kijken naar je vliegtuig dat op onze radar vliegt. Wat ben je in godsnaam aan het doen?"'

Misschien zou het geen verrassing moeten zijn dat NASA kennis zou nemen van een Russisch vliegtuig op grote hoogte.

In ieder geval, deze uitwisseling heeft geleid tot de volgende fase van het werk van prof. Borrmann. Het plan, in samenwerking met NASA, is om uit te zoeken wat voor soort chemie er vervolgens in de aerosollaag gebeurt en hoe dit ons klimaat kan beïnvloeden. Een paar weken na het einde van de zomermoesson, de aërosollaag zou de tijd moeten hebben gehad om chemie te ondergaan en te beginnen te verspreiden en weg te drijven. Prof. Borrmann en het team planden een campagne van vluchten met een Amerikaans onderzoeksvliegtuig boven Japan in de juiste tijd van het jaar in 2020 om wat meer metingen te doen. Dat is afgelast als gevolg van de pandemie van het coronavirus en soortgelijke vluchten vanuit Zuid-Korea staan ​​nu gepland voor 2021. "We willen zien wat er met deze deeltjes gebeurt naarmate ze ouder worden, " zei prof. Borrmann.