IJsdeeltjes bevochtigen de stratosfeer

Klimatologen presenteren nieuwe isotoopeffecten in de atmosferische watercyclus

Met de MIPAS-meter op de Europese milieusatelliet ENVISAT worden meer dan 30 sporengassen tegelijkertijd gemeten. © ESA
voorlezen

Een internationaal onderzoeksteam is erin geslaagd nieuwe informatie te verkrijgen over de verticale luchtmassacirculatie door middel van satellietondersteunde metingen van "zware" waterdamp in de bovenste atmosfeer. Deze bevindingen dienen om de interacties tussen klimaatverandering en de chemie van de stratosferische ozonlaag te begrijpen, rapporteren de wetenschappers in het tijdschrift Nature Geoscience.

Uiterlijk bevriest water op de zeer koude grens tussen de troposfeer - de laagste laag van de atmosfeer waarin ook het weer plaatsvindt - en de stratosfeer daarboven, die ongeveer tien tot vijftien kilometer hoog is, en wolken vormen.

"Zwaar" water bevriest sneller

De onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), samen met collega's van de universiteiten in Cambridge, Groot-Brittannië en Utrecht, Nederland, hebben het effect van condensatie van waterdamp in ijs gebruikt om zogenaamd "zwaar" water (HDO) te maken. bevriest sneller dan normaal water.

In de resterende waterdamp is daarom de belangrijkste isotoop H2O meer geconcentreerd in verhouding tot het zware water dan in die luchtmassa's waarin geen condensatie, dwz geen wolkvorming, heeft plaatsgevonden. Het is dus mogelijk voor de wetenschappers om het pad van waterdamp vanuit de troposfeer naar de veel drogere stratosfeer daarboven te observeren.

Rol van wolkenvorming ontdekt tijdens transport over water

Van de gemeten verhoudingen van zwaar water HDO tot de belangrijkste isotoop H2O, wetenschappers konden voor het eerst observeren welke rol wolkvorming speelt bij het transport van water naar de stratosfeer. IJs- of wolkenvorming op de grens tussen de troposfeer en de stratosfeer veroorzaakt meestal extreem droge lucht van onder naar de stratosfeer. tonen

Uit de metingen blijkt echter dat de waterisotoopverhouding HDO / H2O onderhevig is aan grote seizoensfluctuaties. Dit geeft aan dat ijsdeeltjes in tropische stormwolken grote hoogten bereiken door drijfvermogen, waar ze vervolgens weer verdampen en zo bijdragen aan het bevochtigen van de stratosfeer.

Water met een sleutelrol in de atmosfeer van de aarde

"Water en zijn isotopen spelen een sleutelrol in de diverse chemische samenstelling van de atmosfeer van de aarde, omdat water een belangrijk broeikasgas is en de concentraties in de bovenste troposfeer en in de lagere stratosfeer van het grootste belang zijn voor klimaatverandering, " legt Gabriele Stiller uit de Instituut voor meteorologie en klimaatonderzoek (IMK) van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

Op de IMK worden de metingen van het MIPAS-instrument, bedacht in het instituut - Michelson-interferometer voor passief atmosferisch geluid -, een van de belangrijkste instrumenten aan boord van de Europese milieusatelliet Envisat, geëvalueerd. Sinds 2002 cirkelt het op een hoogte van ongeveer 800 kilometer rond de aarde en bewaakt en meet het tegelijkertijd meer dan 30 spoorgassen. Naast ozon en waterdamp omvatten deze stikstofoxiden en verschillende chloorfluorkoolwaterstoffen. Omdat MIPAS de infrarode straling meet die wordt uitgestraald door de moleculen - warmtestraling - kan het zowel overdag als 's nachts spectra opnemen.

Zwaar water

In tegenstelling tot normaal water bevat HDO H2O in plaats van twee waterstofatomen (H) en één zwaar deuteriumatoom van het type (D). In tegenstelling tot het waterstofatoom, waarvan de kern uit slechts één proton bestaat, bevat de deuteriumkern naast dit proton een neutron. Zelfs oceaanwater bevat normaal slechts ongeveer 0, 03 procent HDO, in de atmosfeer is het aandeel nog kleiner en zeer variabel vanwege de vele verdampings- en condensatieprocessen.

(idw - Karlsruhe Institute of Technology, 31.03.2010 - DLO)