Biologische deeltjes kunnen essentieel zijn voor het veroorzaken van zware regen, suggereren klimaatwetenschappers

Biologische Deeltjes en IJsvorming in Wolken

Wolken vormen zich rond bestaande deeltjes in de atmosfeer, en extreme weersomstandigheden zoals overstromingen en sneeuwstormen zijn gerelateerd aan de productie van grote hoeveelheden ijs in deze wolken.

Biologische deeltjes zoals pollen, bacteriën, sporen en plantmateriaal die in de lucht zweven, zijn bijzonder effectief in het bevorderen van ijsvorming in wolken. Klimaatwetenschappers van EPFL tonen aan dat de concentraties van deze deeltjes veranderen naarmate de temperaturen stijgen en dalen. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift npj Climate and Atmospheric Sciences.

“Biologische deeltjes zijn zeer effectief in het vormen van ijs in wolken, en de ijsvorming is verantwoordelijk voor het grootste deel van de neerslag die de aarde wereldwijd ontvangt, omdat ijs heel snel uit de lucht valt. Intense ijsvorming wordt ook geassocieerd met extreem weer,” legt Thanos (Athanasios) Nenes van het Laboratorium voor Atmosferische Processen en Hun Effecten aan EPFL uit, die de studie leidde samen met postdoctoraal onderzoeker Kunfeng Gao.

“Gezien onze bevindingen moeten weer- en klimaatmodellen absoluut rekening houden met biologische deeltjes, vooral omdat verwacht wordt dat er grotere hoeveelheden biologische deeltjes in de atmosfeer aanwezig zijn naarmate het klimaat opwarmt.”

Inderdaad, huidige meteorologische en klimaatmodellen houden geen rekening met de effecten van biologische deeltjes of hun cyclische aard, wat betekent dat ze mogelijk belangrijke modulators van wolken en drijfveren van neerslag in de huidige en toekomstige klimaatvoorspellingen missen.

Studie op de Berg Helmos

De studie houdt rekening met luchtmonsters en hun biologische inhoud die zijn verzameld op de Berg Helmos, een alpien gebied in Griekenland. De berg heeft een hoogte van 2.350 m, heeft het hele jaar door frequente bewolking, en wordt beïnvloed door biologische emissies uit het alpiene bos eronder.

Wanneer de temperaturen gedurende de dag stijgen, worden pollen, bacteriën, schimmelsporen en plantmateriaal vrijgegeven vanuit het alpiene bos, met een piek rond het middaguur wanneer de zon het hoogst staat, en een daling gedurende de nacht.

“We constateren dat het aantal deeltjes dat ijs kan nucleeren samenvalt met het aantal biologische deeltjes, en ze vertonen beide een sterk gecorreleerde dagelijkse periodiciteit. De toename van biologische deeltjes kan bijdragen aan de vorming van wolken die neerslag kunnen veroorzaken,” concludeert Gao.

Nenes, die deelnam aan de IPCC-scope bijeenkomst in Maleisië om de hoofdstukken te helpen definiëren en de inhoud van het 7e IPCC Beoordelingsrapport te vormen, zegt: “De resultaten komen precies op het juiste moment.”

Als wetenschappelijk coördinator van het grote Europese project CleanCloud leidt Nenes momenteel een tweede campagne op de Berg Helmos, genaamd CHOPIN, die profiteert van nog meer instrumentatie om de types biologische deeltjes te identificeren die in de atmosfeer aanwezig zijn en die de vorming van wolkdruppels en ijs bevorderen.

Een volledige suite van wolkenradars, aerosol lidars, UAV’s, aan kabels verbonden ballonnen en directe luchtmonsters (met en zonder wolken) wordt gebruikt om met ongekende detail te karakteriseren hoe elk biologisch deeltje bijdraagt aan de vorming van wolken, en welke het meest effectief zijn, om zo de weers- en klimaatvoorspellingen te verbeteren.

Nenes voegt toe: “De verzamelde gegevens zullen niet alleen worden gebruikt voor procesbegrip en modelverbetering, maar ook om bestaande algoritmen die door satellieten en grondgebonden remote sensing worden gebruikt te verbeteren of nieuwe algoritmen te ontwikkelen om aerosolen en wolken te bestuderen.”

“Wij en het CleanCloud-consortium als geheel zullen samenwerken met de Europese ruimtevaartorganisatie en onze zusterconsortia CERTAINTY en AIRSENSE om het onlangs gelanceerde EarthCare-satelliet optimaal te gebruiken, met als ultieme doel het begrijpen van de rol van aerosolen in wolken en neerslag in een wereld na fossiele brandstoffen.”