Deeltjespatronen onthullen hoe woestijnstof de ijsvorming in wolken bevordert

De invloed van woestijnstof op het klimaat

Een nieuwe studie toont aan dat natuurlijke stofdeeltjes uit verre woestijnen het bevriezen van wolken op het noordelijk halfrond kunnen stimuleren. Dit subtiele mechanisme beïnvloedt de hoeveelheid zonlicht die wolken terugkaatsen en de productie van regen en sneeuw, met belangrijke implicaties voor klimaatprojecties.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Met behulp van 35 jaar aan satellietwaarnemingen heeft een internationaal onderzoeksteam onder leiding van ETH Zürich ontdekt dat mineraalstof—kleine deeltjes die door de wind worden opgezogen en in de hogere atmosfeer worden gedragen—het bevriezen van wolkendruppels kan triggeren. Dit proces is bijzonder belangrijk in noordelijke gebieden, waar wolken vaak ontstaan in een temperatuurgebied net onder het vriespunt.

“We hebben ontdekt dat waar er meer stof is, wolken veel waarschijnlijker aan de bovenkant bevriezen,” legt Diego Villanueva uit, postdoctoraal onderzoeker in de atmosferische fysica aan ETH Zürich en de hoofdauteur van de studie. “Dit heeft een directe impact op hoeveel zonlicht terug de ruimte in wordt gereflecteerd en hoeveel neerslag wordt geproduceerd.”

Stof verandert wolken in ijs

De onderzoekers richtten zich op gemengde fasewolken, die zowel supergekoeld water als ijs bevatten en zich vormen tussen −39 °C en 0 °C. Deze wolken komen vaak voor in gematigde en hoge breedtegraden, met name boven de Noord-Atlantische Oceaan, Siberië en Canada. Ze zijn extreem gevoelig voor veranderingen in hun omgeving, vooral voor de aanwezigheid van ijskernende deeltjes die voornamelijk afkomstig zijn van woestijnstof-aerosolen.

Door de frequentie van ijswolken te vergelijken met stofniveaus, observeerden de onderzoekers een opmerkelijk consistent patroon: hoe meer stof en hoe kouder de wolken, hoe frequenter de ijswolken. Bovendien, volgens de onderzoekers, stemde dit patroon vrijwel perfect overeen met wat laboratoriumexperimenten hadden voorspeld over hoe stof het bevriezen van druppels triggert.

“Dit is een van de eerste studies die laat zien dat satellietmetingen van de samenstelling van wolken overeenkomen met wat we uit laboratoriumonderzoek weten,” zegt Ulrike Lohmann, senior coauteur en professor in de atmosferische fysica aan ETH Zürich.

Een nieuwe standaard voor klimaatmodellen

Hoe wolken bevriezen, beïnvloedt direct hoeveel zonlicht ze terug de ruimte in stoten en hoeveel water ze als neerslag vrijgeven. Deze factoren zijn van vitaal belang voor klimaatmodellen, maar tot nu toe ontbrak veel van deze modellen een solide referentiepunt voor hoe wolkenbevriezing echt werkt op wereldwijde schaal.

De nieuwe bevindingen vestigen een meetbare link tussen luchtgebonden stof en de frequentie van ijs aan de wolken-top, waardoor een belangrijke benchmark wordt gecreëerd voor het verbeteren van klimaatprojecties. “Het helpt een van de meest onzekere stukken van de klimaatpuzzel te identificeren,” zegt Villanueva.

Een complex beeld met een duidelijke boodschap

Decennialang hebben atmosferische wetenschappers het bevriezen van druppels op microschaal bestudeerd. Deze studie toont voor het eerst aan dat de vorming van wolkenijs (of glaciaties) hetzelfde gedrag volgt als het bevriezen van druppels—maar op een veel grotere schaal.

Deze bevinding breidt de scope van atmosferisch onderzoek in dit gebied uit—van nanometer-schaalstructuren van stofoppervlakken die atmosferische ijskristallen vormen tot kilometerschaal wolkensystemen waarin ijsvorming vanuit de ruimte kan worden waargenomen.

Toch speelt de link tussen stof en ijs niet overal ter wereld een gelijke rol. In woestijngebieden zoals de Sahara is de wolkenvorming schaars, en de sterke beweging van warmere lucht kan het bevriezingsproces onderdrukken. Ook in het zuidelijk halfrond kunnen mariene aerosolen de rol van stof overnemen. Het onderzoeksteam benadrukt de noodzaak van verder onderzoek om beter te begrijpen hoe andere factoren zoals opwaartse luchtstromen of atmosferische vochtigheid, bijvoorbeeld, de wolkenbevriezing beïnvloeden.

Voor nu is één ding echter duidelijk: kleine stofdeeltjes uit verre woestijnen helpen de wolken boven ons hoofd te vormen—en daarmee ook de toekomst van ons klimaat.