Hur några av de allra minsta partiklarna i vår atmosfär – aerosolerna – bildas har hittills varit svårt att beskriva tillräckligt detaljerat i luftkvalitets- och klimatmodeller. De gaser som bildar aerosoler släpps ut både genom mänskliga aktiviteter och naturliga källor. Trafik, industri och sjöfart är stora källor till svavel och ammoniak produceras av jordbruk och djur. Dessutom är hav och växtlighet naturliga källor till de grundläggande gaserna som ingår i aerosolbildningsprocesser. Det är framför allt kombinationer av svavelsyra och basiska ämnen, som ammoniak, som är kända för att påverka luftkvalitet och aerosol- och molnbildning och därmed skulle de också kunna påverka klimatet.
I nya studier har forskare från SMHIs meteorologiska forskningsenhet tillsammans med Lunds universitet tillämpat nyutvecklade modellverktyg för att beskriva detaljerade aerosolbildningsprocesser i atmosfäriska modeller.
Beskrivning av fenomen på molekylär skala
– Bildandet av nya luftburna partiklar från gaser sker genom att gasmolekyler kolliderar och klibbar ihop. Detta är en dynamisk och komplex molekylär process, där de små klustren av molekyler växer genom att ackumulera fler molekyler, men samtidigt också avdunstar. Sådana processer har vi tidigare fått ha generella beskrivningar av i atmosfärsmodeller, för det har inte funnits verktyg som beskrivit processerna så detaljerat, förklarar Tinja Olenius, luftmiljöforskare på SMHIs meteorologiska forskningsenhet.
De nya modellverktygen som forskare på SMHI och Lunds universitet utvecklat, gör det möjligt att beskriva aerosolbildningsprocesserna på en detaljerad nivå direkt i atmosfärsmodellerna. Det gör att effekter av gaskoncentrationer, temperatur och andra miljöförhållanden fångas upp i modellerna.
Aerosolhalter och klimatpåverkan studerad i fallstudier
I detaljerade fallstudier har forskarna undersökt om de nya modellverktygen påverkar förutsägelser av aerosolhalter och dess klimatpåverkan. De har studerat aerosoler som bildas med hjälp av de naturliga gasutsläppen från havet, det vill säga marina sekundära aerosolkällor, runt Antarktis och i subarktiska boreala miljöer i norra Europa.
– Våra resultat visar att jod från havet kan ha en viktig roll för aerosolprocesserna i Antarktis, tillsammans med svavelsyra och ammoniak från havet och fåglar. Det är något som också kan ge större effekt när havsisen minskar och ersätts av öppet hav, säger Tinja Olenius.
Likaså kan aerosolbildande gaser från havet också öka aerosolnivåerna över land strax söder om Arktis, i norra barrskogsbältet som löper över norra Europa. När luft från havet transporteras in över land sker en partikelbildning från de marina gaserna, framför allt svavel, som ökar mängden aerosoler i luften.
När forskarna använde den nya metoden i en global klimatmodell såg de effekter framför allt över haven, där klimatet kyldes ned mer på grund av ökat antal aerosoler och mer molnbildning.
– Polar- och havsmiljöer är viktiga för det globala klimatet, eftersom dessa renare miljöer är mer känsliga för förändringar i aerosolbelastningen och det har betydande effekter på jordens strålningsbudget. Dessutom är det viktigt att förstå naturliga partikelkällor för att kunna fastställa effekterna av mänskliga aktiviteter. Med de nya modellverktyg som används kan effekterna av även andra partikelbildande gaser i olika miljöer studeras på ett liknande sätt, avslutar Tinja Olenius.