Een van de grote onbekenden in klimaatmodellen is het gedrag van bepaalde gassen die vaak sterk ruiken en ervoor zorgen dat water condenseert. TU Wien (Wenen) biedt hierin nieuwe inzichten.
Het is al lang duidelijk dat door de mens veroorzaakte broeikasgassen het klimaat veranderen, maar er zijn nog steeds belangrijke details van de klimaatverandering die niet goed worden begrepen. Deze omvatten het gedrag van kleine deeltjes die helemaal zelf ontstaan uit moleculen in de lucht en kunnen leiden tot de vorming van wolken.
Dominik Stolzenburg van het Instituut voor Materiaalchemie aan de TU Wien werkt aan een beter begrip van deze processen en vat nu de huidige stand van het onderzoek samen in een overzichtsartikel in het prestigieuze tijdschrift Reviews of Modern Physics. Dit onderzoek moet klimaatmodellen in de toekomst nog nauwkeuriger maken.
Geurgassen worden minideeltjes
“Dit weet je van een boswandeling: je haalt diep adem en het ruikt heel lekker naar een bos”, zegt Dominik Stolzenburg. “Dit komt door vluchtige organische stoffen die worden uitgestoten door de hars van bomen, maar ook door bladeren en boomnaalden.”
Dit zijn geen broeikasgassen – maar juist deze organische stoffen hebben een belangrijke invloed op ons klimaat: “Ze oxideren in de lucht, en daarbij ontstaan reactieproducten die heel gemakkelijk aan elkaar hechten”, legt Dominik Stolzenburg uit.
Steeds meer moleculen clusteren samen totdat uiteindelijk een klein cluster is gevormd dat kan uitgroeien tot een diameter van ongeveer 100 tot 200 nanometer. Deze deeltjes zijn nog steeds veel te klein om zichtbaar te zijn voor het menselijk oog. Ze vallen niet zomaar op de grond, maar kunnen lange tijd in de lucht blijven hangen.
Condensatiekernen voor water
Deze deeltjes hebben een beslissende invloed op de waterdamp in de lucht: als er zulke kleine aërosolen in de lucht zijn, kunnen watermoleculen zich aan deze deeltjes hechten. Als gevolg hiervan worden de deeltjes een condensatiekern waarop zich een waterdruppel vormt – dit is de enige manier om mist of een wolk te creëren.
“Er kan worden aangetoond dat hoge concentraties van deze aerosolen de wolken dichter en witter maken dan ze anders zouden zijn, en dat het langer duurt voordat ze verdwijnen”, meldt Dominik Stolzenburg. “Dit betekent dat een groter deel van het zonlicht wordt gereflecteerd door de wolkenlaag en dat de aarde koeler wordt.” Als blijkt dat dit effect sterker is dan waar in de huidige klimaatmodellen rekening mee is gehouden, zou dit betekenen dat de opwarming van de aarde door CO2 nog sterker is dan eerder werd aangenomen. Een deel van het effect ervan zou dan teniet worden gedaan door een grotere wolkendichtheid als gevolg van door de mens veroorzaakte toenames in de productie van kleine clusters in de atmosfeer.
Ruimte voor verbetering voor klimaatmodellen
Het nu verschenen overzichtsartikel richt zich op de groei van de nieuw gevormde aerosoldeeltjes. Deze kleine clusters zijn zeer mobiel en botsen snel met grotere deeltjes zoals pollen of roet – waardoor ze verdwijnen en niet langer een rol spelen als condensatiekernen. Alleen de snelst groeiende deeltjes zijn relevant voor het klimaat. Uit huidig onderzoek blijkt: Op alle continenten zijn organische moleculen het belangrijkste ingrediënt dat het voortbestaan van deze clusters garandeert, waardoor ze de omvang kunnen bereiken die nodig is om als condensatiekernen voor waterdamp te dienen. In de oceanen zijn jodiumgerelateerde stoffen of sulfaatverbindingen van cruciaal belang, maar ze zijn vaak niet eens opgenomen in mondiale modellen.
Op dit gebied is de afgelopen jaren grote vooruitgang geboekt, vooral op het gebied van de meettechnologie. Maar echt betrouwbare modellen die de complexiteit van aërosolgroei met de nodige nauwkeurigheid weergeven, ontbreken nog steeds. Bijgevolg kunnen conclusies over het door de mens veroorzaakte maskeren van de klimaatverandering op dit moment niet op betrouwbare wijze worden getrokken, legt Dominik Stolzenburg uit: “Dit is precies waar we in de toekomst aan moeten werken: we willen precies begrijpen welke stoffen met elkaar interageren en in welke mate op welke manier, en welke processen moeten in onze modellen worden opgenomen om ze beter te maken.”