Aangezien de frequentie en omvang van natuurbranden wereldwijd blijft toenemen, nieuw onderzoek van wetenschappers van Carnegie Mellon University laat zien hoe de chemische veroudering van de deeltjes die door deze branden worden uitgestoten, kan leiden tot uitgebreidere wolkenvorming en intense stormontwikkeling in de atmosfeer. Het onderzoek is vandaag online gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"De introductie van grote hoeveelheden ijskiemvormende deeltjes van deze branden kan aanzienlijke gevolgen hebben voor de microfysica van wolken, of onderkoelde wolkendruppels bevriezen of vloeibaar blijven, en de neiging van de wolken om neer te slaan, " zei Ryan Sullivan, universitair hoofddocent scheikunde en werktuigbouwkunde. Het begrijpen van deze effecten is een sleutelfactor bij het nauwkeurig modelleren van het klimaat op aarde en hoe het kan blijven veranderen.

Voortbouwend op onderzoek dat Sullivan's team in het Center for Atmospheric Particle Studies vorig jaar publiceerde, de auteurs verzamelden een verscheidenheid aan verschillende plantmaterialen, verbrandde ze en analyseerde de deeltjes die in de rook werden uitgestoten. Vooral, het team was geïnteresseerd in ijskiemvormende deeltjes, zeldzame soorten deeltjes die de vorming van ijskristallen in de atmosfeer kunnen katalyseren bij hogere dan gebruikelijke temperaturen en dus een grote invloed hebben op klimaatprocessen, inclusief wolkenvorming en of een wolk neerslaat of niet. In feite, de meeste neerslag over land begint bij ijshoudende wolken.

Hoewel het al algemeen bekend was dat deeltjes die vers worden uitgestoten door de verbranding van biomassa, zoals hoge grassen, struiken, en bomen - kan de vorming van ijs sterk beïnvloeden, Het team van Sullivan was geïnteresseerd in het ontdekken van de effecten van deze deeltjes terwijl ze dagen en weken in de atmosfeer reisden en chemische veroudering ondervonden. Met een gespecialiseerde kamerreactor, massaspectrometers, elektronenmicroscopie, en een innovatieve microfluïdische druppelbevriezingstechniek, de onderzoekers analyseerden de deeltjes die vrijkomen bij het verbranden van verschillende soorten plantaardig materiaal zoals dat voorkomt bij bosbranden en voorgeschreven brandwonden, en simuleerde de verouderingsprocessen die deze deeltjes in de atmosfeer zouden ondergaan.

Een diagram met de verschillende verouderingsprocessen van biomassa-verbrandende aerosol in de atmosfeer.

Typisch, ijskiemvormende deeltjes verliezen hun kracht naarmate ze ouder worden in de atmosfeer, maar in deze studie de onderzoekers ontdekten dat het ijskiemvormingsvermogen van deeltjes die worden uitgestoten door het verbranden van biomassa zelfs toenam naarmate ze gesimuleerde atmosferische veroudering ervoeren. Dit vertegenwoordigt een heel ander kader om te overwegen hoe de klimaatveroorzakende eigenschappen van een belangrijke episodische bron van deeltjes in de atmosfeer evolueren.

"Dit komt omdat atmosferische veroudering het verlies van deeltjescoatings veroorzaakt die aanvankelijk aanwezig waren op de rookdeeltjes die de ijsactieve oppervlakteplaatsen verbergen, Sullivan legde uit. "Die sites zijn de minerale deeltjes die worden geproduceerd door de verbranding van biomassabrandstof zelf die we vorig jaar in de Proceedings van de National Academy of Sciences ."

De gegevens uit deze studie kunnen een grote impact hebben op toekomstig onderzoek naar natuurbranden en klimaatverandering, zei Lydia Jahl, die onlangs haar Ph.D. in scheikunde van Carnegie Mellon in de groep van Sullivan.

"We schatten dat het verbranden van slechts één vierkante meter grasland de concentratie van ijskiemvormende deeltjes in honderdduizenden kubieke kilometers van de atmosfeer zou kunnen beïnvloeden, Jahl zei. "Klimaatmodelleurs zouden onze gegevens verder kunnen gebruiken om te bepalen hoe bosbrandemissies de balans van inkomende zonnestraling en uitgaande aardse straling beïnvloeden, onder andere cloudeigenschappen."