Tijdens de MOSAiC-onderzoeksexpeditie, uitgevoerd in het Arctische pakijs tussen 2019 en 2020, observeerden EPFL-wetenschappers een atmosferische verstoring veroorzaakt door het binnendringen van een sterk vervuilde warme luchtmassa. Een eerste studie die meer inzicht geeft in het fenomeen en de mogelijke implicaties ervan, is zojuist gepubliceerd.

Weerinstrumenten die op de Polarstern-ijsbreker waren geïnstalleerd, registreerden een enorme sprong in de luchttemperatuur nabij het oppervlak, van -30,8°C tot bijna 0°C, tussen 14 en 17 april 2020. Dit was een recordschommeling die nog nooit was waargenomen in de centrale Noordelijke IJszee binnen de beschikbare weerklimatologie, beginnend 40 jaar geleden. De ijsbreker was actief in het kader van de MOSAiC-expeditie, die tot doel heeft een beter begrip te krijgen van de drijvende krachten achter de versnelde Arctische klimaatverandering en hoe deze de regio beïnvloedt. Tijdens de expeditie hebben honderden onderzoeksinstrumenten miljoenen realtime metingen gedaan en gegevens verzameld over biologische, chemische en fysische eigenschappen van de oceaanbodem tot diep in de wolken.

Een van de wetenschappers aan boord van de Polarstern was Julia Schmale, een tenure-track assistent-professor bij EPFL en het hoofd van EPFL's Extreme Environments Research Laboratory (EERL), gevestigd in het ALPOLE-onderzoekscentrum in EPFL Wallis Wallis. Samen met een postdoc van EERL, Lubna Dada en verschillende MOSAiC-collega's hebben ze een studie gepubliceerd in Nature Communications geeft belangrijk inzicht in dit verontrustende fenomeen.

Gegevens verzameld door de onderzoekers tonen aan dat een massa warme lucht met grote hoeveelheden verontreinigende stoffen uit het noorden van Eurazië de hoge breedtegraden was binnengedrongen. Hun studie is de eerste die de chemische en microfysische eigenschappen onthult van fijn stof dat door een warme indringing in het centrale Noordpoolgebied wordt meegesleurd, en om deze bevindingen te relateren aan klimaatrelevante effecten op wolkenvorming.

Verrassende gegevens

"We wisten al uit weersvoorspellingen dat er een warme luchtmassa op komst was", zegt Schmale. "Het is een proces dat regelmatig voorkomt in de regio. Maar toen we naar de vervuilingsgegevens keken die we registreerden, zagen we iets dat we nog nooit eerder hadden gezien." Schmale controleerde daarom regelmatig de aflezingen van de luchtmeetinstrumenten en merkte op dat niet alleen de temperatuurstijging, maar onverwacht het aantal, de massaconcentratie en het wolkvormende vermogen van de advectieve deeltjes recordniveaus bereikten. Haar collega's op de Polarstern verzamelden al even verrassende gegevens over sneeuw en ijs.

Eenmaal terug bij EPFL werkte Schmale samen met Dada, een atmosferisch chemicus en natuurkundige, om de gebeurtenisgegevens te analyseren. Dada, de hoofdauteur van het onderzoek, zag dat de luchtverontreinigingsconcentratie in de warme luchtmassa de typisch gemeten waarden in Zürich overschreed. In tegenstelling tot fijn stof in de Zwitserse stad was de Arctische luchtvervuiling door zwavelzuur een stuk zuurder en bevatte minder nitraat. "Het is verontrustend om dergelijke gegevens te zien in een regio waar geen industrie of andere vergelijkbare bron van vervuiling is", zegt ze. Bovendien toonden analyses van radargegevens aan dat de deeltjes bijdroegen aan de vorming van optisch dikke wolken, die in wezen fungeren als ondoorzichtige deken, waardoor de temperatuurstijging dichter bij de grond wordt versterkt. Dit kan belangrijke gevolgen hebben voor het smelten van het zee-ijs later in het seizoen.

Van het noordpoolgebied tot de middelste breedtegraden

Een belangrijk punt van de studie toont dus aan dat "vuile" intrusies een sterk effect kunnen hebben op de stralingsbalans van de atmosfeer, terwijl "schone" intrusies zich anders zouden gedragen. Als gevolg van klimaatverandering zijn warme indringingsgebeurtenissen - zoals die welke werden waargenomen door de EPFL-wetenschappers in de Noordelijke IJszee in april 2020 - frequenter en langduriger geworden. Er is echter weinig bekend over de luchtverontreinigingsconcentratie, omdat hier geen rekening mee wordt gehouden door weermodellen.

Vooral het centrale Noordpoolgebied wordt getroffen door dit soort gebeurtenissen en warmt tegelijkertijd drie keer sneller op dan de rest van de planeet. Hierdoor smelt poolijs in een ongekend tempo, met onvoorziene gevolgen voor ecosystemen en atmosferische dynamiek die ook van invloed zijn op de middelste breedtegraden. + Verder verkennen

Klimaat:Jodiumzuur beïnvloedt wolkenvorming op de Noordpool