Zrozumienie pyłu na dużych szerokościach geograficznych może pomóc w lepszym przewidywaniu globalnego ocieplenia i wzorców pogodowych w przyszłości.
REKLAMA
Naukowcy zagłębiają się w świat piasku, aby lepiej zrozumieć jego wpływ na nasz klimat i systemy pogodowe. Miejsce, które wybrali do przeprowadzenia swoich badań, może wydawać się zaskakujące.
Islandia jest największym i najbardziej aktywnym obszarem pustynnym w Europie, ale zamiast pomarańczowych piaszczystych wydm, jej 44 000 km2 obszarów pustynnych to płaskie, jałowe przestrzenie czarnego pyłu wulkanicznego. Podobnie jak zwykłe pustynie, wytwarzają one piasek, który może prowadzić do potężnych burz pyłowych przy wietrznej pogodzie.
Cząstki te są znane jako "pył z wysokich szerokości geograficznych" (HLD), ponieważ pochodzą głównie z regionów w pobliżu koła podbiegunowego, choć mogą dotrzeć aż do Europy kontynentalnej.
Każdy rodzaj pyłu ma unikalny odcisk palca w zależności od materiału, który go tworzy: islandzkie cząsteczki są wykonane z czarnego szkła wulkanicznego.
"Znaleźliśmy islandzki czarny pył w Finlandii, ale nawet w Serbii" - mówi Pavla Dagsson-Waldhauserova, badaczka z Uniwersytetu Rolniczego Islandii i prezes Islandzkiego Stowarzyszenia Aerozolu i Pyłu.
Jak powstał pył na Islandii?
ONZ zalicza pustynnienie do "największych wyzwań środowiskowych naszych czasów", ponieważ zmiany klimatyczne i działalność człowieka zamieniają bujne obszary w samoloty pyłowe.
Islandzkie pustynie są wynikiem działalności człowieka. "Ten obszar byłby lasem brzozowym" - mówi Dagsson-Waldhauserova, wskazując na jałowy krajobraz. Osadnicy Wikingów próbowali uprawiać ziemię przy użyciu technik dostosowanych do Europy Północnej, ale metody te okazały się nieskuteczne w chłodniejszym i bardziej wietrznym klimacie Islandii.
Krajobrazy kraju uległy degradacji na przestrzeni wieków, a obecnie tylko około 2 procent Islandii jest pokryte lasami lub lasami.
Podczas gdy niektórzy naukowcy uważają, że Arktyka może w końcu ponownie stać się zielona i bujna, ponowne zalesianie na Islandii postępuje powoli i ma skromne cele. Islandzka Służba Leśna (IFS) ma nadzieję, że uda jej się zwiększyć lesistość kraju do 4% do 2050 roku.
Raz rozpoczęte pustynnienie jest trudne do odwrócenia: jest około 135 dni w roku, kiedy pył unosi się z islandzkiej pustyni i zanieczyszcza inne obszary w Europie lub Islandii, które jeszcze nie uległy pustynnieniu. Erupcje wulkaniczne wypompowują więcej popiołu, intensyfikując warunki pustynne.
Jaki jest wpływ ciemnego pyłu z wysokich szerokości geograficznych na klimat?
Wpływ HLD na klimat różni się znacznie od wpływu pyłu z niskich szerokości geograficznych. IPCC uważa, że jaśniejszy pył pustynny z Sahary i Azji jest korzystny pod jednym względem, ponieważ odbija światło.
Jednak cząsteczki pyłu islandzkiego są ciemniejsze, co oznacza, że pochłaniają światło słoneczne, a tym samym ogrzewają ziemię i powietrze.
"Najważniejszy wpływ na klimat ma osadzanie się [pyłu] na kriosferze" - mówi Dagsson-Waldhauserova, wskazując na znajdujący się przed nami lodowiec Myrdalsjokull. Kiedy czarny piasek tworzy na lodowcach warstwę o grubości do 1,3 centymetra, gromadzone przez niego ciepło topi lód.
Monitorowała degradację lodowca przez ponad dwa lata dzięki finansowanemu przez COP21 projektowi Planet Watch, który zapewnił kamery do monitorowania 10 lodowców na całym świecie.
Podobnie jak węgiel kamienny, pył ten jest istotnym zanieczyszczeniem powietrza i czynnikiem powodującym zmiany klimatu w delikatnych regionach arktycznych. Ze względu na jego zasięg, lodowce na Grenlandii i lód morski są również dotknięte, mówi Dagsson-Waldhauserova.
Ponieważ lodowce topnieją szybciej z powodu rosnących temperatur, odsłania się coraz więcej pyłu. "Pod lodowcem znajduje się najdrobniejszy materiał górski, nieograniczone źródło pyłu" - wyjaśnia.
Dagsson-Waldhauserova monitoruje aktywne hotspoty pyłu i opracowuje dokładniejszy regionalny model pyłu za pomocą kilku przyrządów pomiarowych rozmieszczonych na całej Islandii.
Dzięki programowi Copernicus Monitoring (CAMS) właśnie zakończyła pierwszy rok stałej obserwacji pyłu. "Problem z globalnymi modelami pyłu polega na tym, że nie uwzględniają one źródeł HLD lub ich rozdzielczość jest zbyt niska. Nasze dane in situ powinny pomóc modelarzom pyłu w dostrojeniu ich modeli" - mówi Euronews Green.
Szacuje się, że każdego roku do atmosfery dostają się 2 miliardy ton piasku i pyłu, ograniczając widoczność i powodując problemy zdrowotne, takie jak choroby układu oddechowego.
Ryzyko jest wciąż niedoceniane: "Podczas gdy tylko dwie osoby straciły życie z powodu erupcji wulkanicznych w ciągu ostatnich 150 lat, burze pyłowe spowodowały setki zgonów w wypadkach na Islandii" - mówi Dagsson-Waldhauserova.
Czarny pył może być wskazówką dla chmur
Pył na dużych szerokościach geograficznych ma również potencjalne działanie chłodzące.
Unoszący się w powietrzu pył może tworzyć więcej chmur na niebie, służąc jako jądra dla kryształków lodu, procesu krytycznego dla tworzenia się chmur. "Nawet garstka cząsteczek pyłu może mieć ogromny wpływ na sposób formowania się chmury i jej żywotność" - wyjaśnia Polly Foster, doktorantka z brytyjskiego Uniwersytetu w Leeds, która bada ten wpływ.
Unikalny skład HLD, z jego ciemniejszym kolorem i wysoką zawartością minerałów, sprawia, że jest on szczególnie skuteczny w tworzeniu chmur wypełnionych lodem lub wodą.
Chmury silnie wpływają na klimat Ziemi poprzez proces zwany sprzężeniem zwrotnym chmura-klimat.
Są one niezbędne dla obiegu wody i odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu temperatury Ziemi, wpływając na to, ile energii słonecznej jest odbijane z powrotem w przestrzeń kosmiczną i ile ciepła jest zatrzymywane.
"Jeśli będziemy w stanie zrozumieć ilość wznoszącego się pyłu, będziemy w stanie lepiej przewidywać chmury, co z kolei pomoże nam znacznie lepiej przewidywać globalne ocieplenie i wzorce pogodowe" - mówi Foster.
Technologia dla lepszych prognoz
Aby rozwikłać tę tajemnicę, naukowcy muszą odkryć, w jaki sposób cząsteczki są rozmieszczone na różnych wysokościach na niebie.
Foster testuje nową metodę określania obecności cząstek: "Być może znaleźliśmy sposób, aby móc to zdefiniować. Jest to coś, czego nikt nigdy nie zrobił, a co jest naprawdę ekscytujące i bardzo ważne" - mówi.
Zespół korzysta z drona meteorologicznego, aby osiągnąć różne wysokości. "Nasz dron mierzy temperaturę, ciśnienie, wilgotność, dwuwymiarowe wiatry, ale także rozmiar cząstek i liczbę cząstek w czasie rzeczywistym i może wznieść się na wysokość do dwóch kilometrów" - mówi Ben Pickering, dyrektor ds. meteorologii w firmie Menapia zajmującej się dronami.
Jak dotąd tylko balony meteorologiczne i instrumenty laserowe zwane lidarami mogą mierzyć warstwę graniczną atmosfery (ABL) - najniższą warstwę Ziemi.
"Warstwa graniczna jest bardzo istotna dla dokładniejszego prognozowania pogody, ponieważ to właśnie w niej zachodzi wymiana energii i to w niej może zostać uwięzione zanieczyszczenie powietrza" - dodaje Pickering.
Ale podczas gdy balony meteorologiczne są bardzo drogie w locie i zbierają pomiary tylko dwa razy dziennie, a lidar może latać tylko przy dobrej pogodzie, drony są tanią i niezawodną opcją.
Foster dołącza do drona innowacyjny instrument, który może zbierać cząstki w bardzo małych ilościach na szklanym szkiełku, zapewniając niezrównany wgląd w zachowanie i transport pyłu.
W międzyczasie cząsteczki są zbierane za pomocą tego samego instrumentu na poziomie gruntu w celu porównania szklanych szkiełek. "Jeśli wyniki będą pozytywne i będziemy mogli pokazać sposób, w jaki pył został przetransportowany w górę, będzie to niesamowite" - mówi.
Raportowanie dla tej historii zostało wsparte nagrodą dziennikarstwa naukowego przyznaną przez Europejską Unię Nauk Geologicznych.