Microplastics Beïnvloeden Wolkenvorming en Hebben Waarschijnlijk Effect op Weer en Klimaat

Onderzoek toont aan dat microplastics het weer en het klimaat beïnvloeden

Wetenschappers hebben microplastics, kleine stukjes plastic kleiner dan 5 millimeter, ontdekt in enkele van de meest ongerepte omgevingen op aarde, van de diepten van de Marianentrog tot de sneeuw op de Mount Everest en de bergtopwolken van China en Japan. Microplastics zijn ook aangetroffen in menselijke hersenen, in de buiken van zeeschildpadden en de wortels van planten.

Nieuw onderzoek onder leiding van wetenschappers van Penn State onthult nu dat microplastics in de atmosfeer mogelijk invloed hebben op het weer en het klimaat. De studie, gepubliceerd op 7 november in het tijdschrift ACS ES&T Air, toont aan dat microplastics functioneren als ijskern-partikels, microscopische aerosolen die de vorming van ijskristallen in wolken vergemakkelijken.

Dit betekent dat microplastics invloed kunnen hebben op neerslagpatronen, weersvoorspellingen, klimaatmodellen en zelfs de veiligheid van de luchtvaart door te beïnvloeden hoe atmosferische ijskristallen wolken vormen, legt Miriam Freedman, professor in de scheikunde aan Penn State en hoofdauteur van het artikel, uit. “Gedurende de afgelopen twee decennia van onderzoek naar microplastics hebben wetenschappers ontdekt dat ze overal zijn, dus dit is weer een puzzelstukje,” zei Freedman. “Het is nu duidelijk dat we een beter begrip moeten hebben van hoe ze interageren met ons klimaatsysteem, omdat we hebben kunnen aantonen dat het proces van wolkenvorming kan worden getriggerd door microplastics.”

In een gecontroleerde laboratoriumomgeving bestudeerden de onderzoekers de vriesactiviteit van vier verschillende soorten microplastics: laagdichtheid polyethylene (LDPE), polypropyleen (PP), polyvinylchloride (PVC) en polyethylene terephthalate (PET). Het team suspendereerde de vier soorten plastic in kleine druppels water en koelde de druppels langzaam af om te observeren hoe de microplastics de ijsvorming beïnvloedden.

Ze ontdekten dat de gemiddelde temperatuur waarop de druppels bevoren, 5–10 graden warmer was dan druppels zonder microplastics. Gewoonlijk bevriest een atmosferische waterdruppel zonder defecten bij ongeveer -38°C, legt Heidi Busse, een graduate student aan Penn State en hoofdauteur van het artikel, uit. Elk soort defect in de waterdruppel, of het nu stof, bacteriën of microplastics zijn, kan ijs iets geven om omheen te vormen—of te nucleeren. Die kleine structuur is net genoeg om de waterdruppel te laten bevriezen bij warmere temperaturen.

“In het geval van onze microplastics was 50% van de druppels bevoren bij -22°C voor de meeste onderzochte plastics,” zei Busse. “Het blijkt dat als je iets onoplosbaars introduceert, je een defect in die druppel introduceert en het kan ijs nucleeren bij warmere temperaturen.”

Wat deze ontdekking betekent voor het weer en het klimaat is niet helemaal duidelijk, legt Freedman uit, maar het suggereert dat microplastics waarschijnlijk al een impact hebben. Ze voegde eraan toe dat gemengde-fase wolken, zoals de donzige cumuluss, dekachtige stratus en donkere, dreigende nimbuswolken, allemaal een combinatie van vloeibaar en bevroren water bevatten. Deze wolken kunnen wijdverspreid zijn in de atmosfeer, inclusief de klassieke “aambeeld” vormige wolken die zich tijdens onweersbuien kunnen vormen.

“Wanneer luchtpatronen zodanig zijn dat een druppel in de atmosfeer wordt opgetild en afkoelt, is dat wanneer microplastics het weer kunnen beïnvloeden en ijs in wolken kunnen vormen,” zei Freedman, die ook verbonden is aan de afdeling Meteorologie en Atmosferische Wetenschap van Penn State.

“In een vervuilde omgeving met veel meer aerosoldeeltjes, zoals microplastics, verdeel je het beschikbare water over veel meer aerosoldeeltjes, waardoor kleinere druppels rond elk van die deeltjes worden gevormd. Wanneer je meer druppels hebt, krijg je minder regen, maar omdat druppels alleen regen als ze groot genoeg zijn, verzamel je meer totaal water in de wolk voordat de druppels groot genoeg zijn om te vallen en, als gevolg daarvan, krijg je zwaardere neerslag wanneer het komt.”

Over het algemeen koelen wolken de aarde door zonne-energie te reflecteren, maar bepaalde wolken op bepaalde hoogtes kunnen een verwarmend effect hebben door te helpen bij het vasthouden van energie die uit de aarde wordt uitgezonden, legt Freedman uit. De hoeveelheid vloeibaar water versus de hoeveelheid ijs is belangrijk bij het bepalen in hoeverre wolken een verwarmend of koelend effect zullen hebben. Als microplastics de vorming van gemengde-fase wolken beïnvloeden, zei Freedman, beïnvloeden ze waarschijnlijk ook het klimaat, maar het is uiterst moeilijk om hun algehele effect te modelleren.

“We weten dat het feit dat microplastics ijs kunnen nucleeren verstrekkende effecten heeft, maar we zijn nog niet precies zeker wat die zijn,” zei Busse. “We kunnen hierover op veel verschillende niveaus nadenken, niet alleen in termen van krachtigere stormen, maar ook door veranderingen in lichtverstrooiing, wat een veel grotere impact op ons klimaat kan hebben.”

De onderzoekers ontdekten ook dat milieuveroudering, de natuurlijke fotochemische processen die aerosoldeeltjes in de loop van de tijd ondergaan, de manier waarop de deeltjes met gassen en dampen in de atmosfeer interageren, aanzienlijk kan veranderen. Het team simuleerde milieuveroudering door de microplastics bloot te stellen aan licht, ozon en zuren om te zien of het hun vermogen om ijs te vormen veranderde.

Ze ontdekten dat alle geteste plastics ijs konden vormen, maar veroudering verminderde over het algemeen het ijsvormende vermogen van LDPE, PP en PET. Daarentegen verhoogde veroudering het ijsvormende vermogen van PVC door lichte veranderingen op het oppervlak veroorzaakt door veroudering.

Als vervolg gaat het team een verscheidenheid aan additieven bestuderen die vaak in plastics worden gebruikt, zoals weekmakers, om beter te begrijpen hoe algemeen gebruikte plastics de atmosfeer van de aarde kunnen beïnvloeden.

“We weten dat de volledige levenscyclus van deze plastic items die we elke dag gebruiken de fysieke en optische eigenschappen van de wolken op aarde zou kunnen veranderen en daardoor het klimaat op de een of andere manier kan veranderen, maar we hebben nog veel te leren over precies wat ze doen,” zei Busse.