De klimaatsveranderende eigenschappen van roet veranderen binnen enkele uren na binnenkomst in de atmosfeer

Wetenschappers ontdekken versnelde verandering van roetdeeltjes in de atmosfeer

Elke seconde komen er miljarden roetdeeltjes de atmosfeer van de aarde binnen, wat optelt tot ongeveer 5,8 miljoen ton per jaar. Dit heeft een klimaatveranderend effect dat eerder werd geschat op bijna een derde van dat van kooldioxide.

Onderzoekers van het New Jersey Institute of Technology (NJIT) hebben nu aangetoond dat de klimaatveranderende eigenschappen van deze deeltjes binnen enkele uren na hun vrijlating in de lucht kunnen veranderen, in plaats van dagen zoals eerder werd aangenomen. Deze ontdekking benadrukt de snelle manier waarop roetdeeltjes chemische stoffen en waterdamp verzamelen zodra ze in de atmosfeer komen.

Het fenomeen van de snelle transformatie van roet in de lucht, dat bekendstaat als “atmosferische veroudering”, kan betekenen dat de impact op het weer, het klimaat en de luchtkwaliteit sneller optreedt dan voorheen werd gedacht. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Science & Technology.

Volgens professor Alexei Khalizov van NJIT, die de studie leidde, is roet een uniek aerosol dat zonlicht zeer goed absorbeert maar nauwelijks verspreidt. “Dit maakt het een krachtig klimaatmiddel vanaf het moment dat het wordt uitgestoten,” zegt hij. “Wat ons verraste, is hoe snel roet verandert nadat het de lucht in gaat, wat zijn vermogen om de atmosfeer te verwarmen of te koelen drastisch verandert.”

Khalizov legt uit dat tot voor kort weinig bekend was over hoe snel roetnanodeeltjes van vorm en chemie veranderen zodra ze in de lucht zijn, en hoe deze veranderingen hun vermogen om zonne-energie vast te houden of te weerkaatsen beïnvloeden, een fenomeen dat bekendstaat als stralingsforcering.

Roetdeeltjes verkrijgen snel chemische coatings door capillaire condensatie, een proces waarin kleine spleten op de onregelmatige oppervlakken van roetdeeltjes chemische dampen aantrekken. Wanneer de luchtvochtigheid toeneemt, helpt de verzamelde chemie op roetdeeltjes hen om water op te nemen. Deze wateropname verandert de vorm en het gedrag van de deeltjes, waardoor ze ook de cloudvorming kunnen bevorderen, wat leidt tot een reflectie van zonlicht en koeling van de atmosfeer.

Het onderzoeksteam gebruikte een speciaal ontwikkeld aerosolsysteem om te bestuderen hoe roetdeeltjes veranderen nadat ze in de atmosfeer komen. Ze concentreerden zich op deeltjes van ongeveer 240 nanometer breed, de typische grootte van atmosferisch roet. De groep stelde deze deeltjes bloot aan sporen van gassen zoals zwavelzuur en oxidatieproducten van vluchtige organische stoffen (VOS) onder verschillende vochtigheidsniveaus om de werkelijke chemische en vochtigheidsomstandigheden in de atmosfeer na te bootsen.

De onderzoekers volgden belangrijke veranderingen die verband houden met atmosferische veroudering in real-time, metingen van aspecten zoals deeltjesgrootte, massa en vorm met behulp van geavanceerde instrumenten. De resultaten toonden aan dat roetdeeltjes binnen enkele tientallen minuten coatings beginnen te vormen en van vorm veranderen, waarbij bijna 80% van de deeltjes na enkele uren verwerkt is.

Khalizov benadrukt dat deze snelle transformatie de deeltjes compacter maakt en hun absorptie van zonlicht verhoogt, wat hun verwarmende effect intensifieert. “Aanvankelijk veranderen deze pluizige deeltjes, na menging met andere chemicaliën, van vorm in dichtere klonten, waardoor ze waarschijnlijker zonlicht absorberen en omzetten in warmte,” legt hij uit. “Tegelijkertijd weerkaatsen ze meer licht en vormen ze wolken, wat leidt tot koeling.”

De inzichten uit deze studie over de snelle atmosferische veroudering van roet kunnen leiden tot nauwkeurigere voorspellingen van de milieu-effecten ervan. Het team is van plan verder te onderzoeken hoe deze veranderingen de levensduur van roet in de atmosfeer beïnvloeden en hun bredere effecten op weerpatronen en de volksgezondheid.

Khalizov merkt op: “Ons onderzoek richtte zich op de veroudering van roet in een afgelegen omgeving. De grote vragen die nu opkomen, zijn hoe deze nieuwe verouderingsmechanismen zich gedragen in een vervuilde stedelijke omgeving en hoe ze getest kunnen worden binnen een grootschalig klimaatmodel.”