Das Eindringen stratosphärischer Luft in die Troposphäre fördert die Bildung neuer Partikel auf globaler Ebene
Luft aus der Stratosphäre sinkt aufgrund mäandernder Jetstreams häufig in die Troposphäre und kann eine hohe Konzentration von Hydroxylradikalen mit erheblichen Folgen erzeugen.
Wir können uns unsere Atmosphäre als ein riesiges chemisches Labor vorstellen, einen globalen Strudel aus Molekülen und gasförmigen Partikeln, die ständig umherschwirren und sich gegenseitig auf komplizierte Weise verändern. Obwohl die Teilchen sehr klein sind, oft weniger als 1 % der Dicke eines menschlichen Haares, haben sie übergroße Auswirkungen. So sind die Partikel beispielsweise die Keimzellen der Wolkentröpfchen, und die Menge der Partikel verändert das Reflexionsvermögen und die Menge der Wolken, des Regens und des Wetters.
Die in diesem Monat in der Zeitschrift Science veröffentlichte Studie wurde von Jian Wang, Professor und Direktor des Center for Aerosol Science and Engineering an der University of Washington, geleitet. Zum Forschungsteam gehören Lu Xu, Assistenzprofessor am UW-Department für Energie, Umwelttechnik und Chemie in der McKelvey School of Engineering, sowie Wissenschaftler der NASA, NOAA, NCA und europäischer Universitäten.
Eindringen der Stratosphäre in die Troposphäre und die Entstehung neuer Partikel
Die gängige Meinung war, dass die meiste Partikelbildung in den Wolkenausgangsregionen stattfindet, wo die Wolken in die obere Troposphäre aufsteigen und schließlich verdampfen. Bei diesem Prozess werden die Wolken zusammengedrückt und die meisten Partikel durch Regen entfernt. Infolgedessen ist die Luft in den Austrittsregionen klar und sauber, so dass einige Gasmoleküle keinen anderen Ausweg haben, als neue Partikel zu bilden.
"Anhand von Daten, die von der NASA im Rahmen globaler Luftmessungen gesammelt wurden, konnten wir jedoch feststellen, dass sich die meisten neuen Partikel nicht in den Austrittsregionen bilden, wie bisher angenommen", so Wang.
Während sie über diese überraschende Beobachtung nachdachten, entdeckten Wang und seine Kollegen schließlich einen völlig anderen Mechanismus, der auftritt, wenn die Vermischung von stratosphärischer und troposphärischer Luft Bedingungen schafft, die die Bildung von Partikeln begünstigen.
"Luft aus der Stratosphäre sinkt aufgrund mäandernder Jetstreams häufig in die Troposphäre ab. Wenn sich ozonreiche Stratosphärenluft und feuchtere Troposphärenluft vermischen, entsteht eine hohe Konzentration von Hydroxylradikalen (OH), einem wichtigen Oxidationsmittel, das dazu beiträgt, die Art von Molekülen zu erzeugen, aus denen sich neue Partikel bilden", so Jiaoshi Zhang, Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter in Wangs Labor ( ). "Wir haben festgestellt, dass dieses Phänomen weltweit verbreitet ist und wahrscheinlich häufiger auftritt als die Bildung von Partikeln an Wolkenauslässen", fügte er hinzu.
Suche nach dem zugrunde liegenden Mechanismus der Partikelbildung
Künftige Feldbeobachtungen und Modellierungsstudien werden erforderlich sein, um die Bedeutung dieses neu entdeckten Mechanismus der Partikelbildung weiter zu bestätigen und zu quantifizieren. Natürlich trägt der Mensch mit seiner Luftverschmutzung selbst zur Partikelbildung bei, aber laut Wang ist das, was in dieser Forschung entdeckt wurde, ein natürlicher Prozess, der überall auf der Welt vorkommt, selbst in abgelegenen und unberührten Regionen.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass stratosphärische Luft im zukünftigen Klima häufiger in die Troposphäre absteigen wird , so dass dieser Mechanismus noch wichtiger werden könnte, so Wang. Die Einbeziehung dieses bisher unbekannten Prozesses kann die Klimamodelle verbessern und dazu beitragen, den Klimawandel besser zu simulieren und das künftige Klima vorherzusagen.
"Obwohl uns die Beobachtung zunächst verblüffte, war sie nicht mehr so überraschend, als wir alles zusammenfügten", sagte Wang. Es ist bekannt, dass Moleküle, die neue Partikel bilden, durch Oxidation in der Atmosphäre entstehen. Wenn sich Luft aus der Stratosphäre und der Troposphäre vermischt, ist die OH-Konzentration sehr hoch und begünstigt die Bildung von Partikeln".
Quellenhinweis:
Jiaoshi Zhang et al, Stratospheric air intrusions promote global-scale new particle formation, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adn2961