De rol van nitraten in de atmosfeer speelt een belangrijke rol in de luchtkwaliteit en klimaatverandering. Een internationaal team, geleid door onderzoekers van de Hokkaido Universiteit, heeft onthuld hoe chemische processen in de atmosfeer hebben geleid tot aanhoudend hoge nitraatniveaus, ondanks een afname van de emissies in de afgelopen decennia.

Deze bevindingen, gepubliceerd in Nature Communications, zullen helpen om klimaatmodellen te verbeteren door onze mogelijkheid te verfijnen om de atmosferische nitraatniveaus te beoordelen en te voorspellen. De nitraatniveaus in de atmosfeer piekten tussen 1970 en 2000. De niveaus zijn enigszins gedaald met de afname van de emissie van nitraatprecursors sinds de jaren ’90, maar de daling van de nitraatniveaus is kleiner dan de daling van de emissie van precursors—er is iets dat nitraten in de atmosfeer houdt.

Nitraten kunnen in de atmosfeer zowel in gasvorm als in deeltjesvorm voorkomen. Gasvormige nitraten worden gemakkelijker uit de atmosfeer neergelegd, terwijl de deeltjesvorm—vooral fijnere deeltjes—over lange afstanden kan worden getransporteerd. Het begrijpen van de balans tussen gasvormige en deeltjesnitraten is daarom belangrijk om een beeld te krijgen van de atmosferische dynamiek en de persistentie van nitraten.

De persistentie van atmosferische nitraten in brongebieden wordt verklaard door een buffer-effect, waarbij gasvormige nitraten worden omgezet in deeltjesnitraten, wat bijdraagt aan hun aanhoudendheid. De impact van deze buffering op lange tijdschalen en op lange afstanden is onduidelijk, maar nitraten die zijn neergelegd in Arctische ijskernen vertonen dezelfde patronen als atmosferische nitraten. Deze locaties zijn ver verwijderd van de bronnen, dus de aanhoudend hoge neerslagpercentages weerspiegelen niet de lokale processen nabij de bron, maar moeten te maken hebben met atmosferisch transport en andere processen in de atmosfeer.

Om deze dynamiek te begrijpen, onderzocht een onderzoeksteam onder leiding van Professor Yoshinori Iizuka aan het Instituut voor Lage Temperatuurwetenschap van de Hokkaido Universiteit de nitraatneerslaggeschiedenis van 1800 tot 2020 in een ijskern uit het zuidoosten van Groenland.

Zoals verwacht, namen de nitraatniveaus binnen de kern toe vanaf de jaren 1850, met een piek tussen de jaren ’70 en 2000 voordat ze enigszins daalden, maar nog steeds hoog bleven. Over het geheel genomen vond de toename van nitraten tot de jaren ’70 geleidelijker plaats dan de toename van precursors, en de daling na de jaren ’90 was ook langzamer en kleiner dan de daling in de emissie van precursors. De vertraagde effect en persistentie van nitraten duiden op factoren die verder gaan dan de emissie van precursors die van invloed zijn op de nitraatniveaus.

De onderzoekers onderzochten deze factoren met een wereldwijd chemisch transportmodel en ontdekten dat het verschil tussen nitraat- en precursor niveaus correleerde met de atmosferische zuurgraad en niet met andere meteorologische factoren, zoals de luchttemperatuur. Met andere woorden, de persistentie van nitraten wordt gedreven door chemische processen die zich in de atmosfeer afspelen in plaats van meteorologische omstandigheden of atmosferische dynamiek.

Veranderingen in de atmosferische zuurgraad beïnvloedden de verhouding van nitraat dat gasvormig of deeltjesvormig was. Dit beïnvloedt de levensduur van nitraten in de atmosfeer. De atmosferische zuurgraad heeft de fractie van nitraten in deeltjesvorm verhoogd, waardoor deze vervuilende stof langer kan aanhouden en verder kan reizen.

“Onze studie is de eerste die nauwkeurige informatie presenteert over de records van deeltjesnitraten in ijskernen, wat een zeer uitdagend probleem is geweest,” zegt Iizuka. “Aangezien het moeilijker is om antropogene emissies van stoffen die leiden tot verhoogde nitraten te verminderen, bieden nauwkeurige metingen van deeltjesnitraten in de ijskernen gegevens voor het verhogen van de nauwkeurigheid van voorspellingen over de versterking van de Arctische opwarming in de toekomst.” Iizuka voegt eraan toe: “In de toekomst zal nitraat sulfaat vervangen als de primaire aerosol in het Arctisch gebied, wat suggereert dat dit resultaat leidt tot een hogere nauwkeurigheid van toekomstige voorspellingen van de versterking van de Arctische opwarming.”