Forscher der Universität Nagoya und des Nationalen Instituts für Polarforschung in Japan haben herausgefunden, dass Staub vom Land ohne Schneedecke in der Arktis eine Hauptquelle für Partikel ist, die in tiefliegenden Wolken der Arktis (in Höhen unter etwa 3 km) Eiskristalle bilden ) im Sommer und Herbst.
Die Bildung von Eiskristallen in tiefliegenden Wolken wirkt sich vermutlich auf das Klima aus, da sie dazu führen kann, dass Eispartikel auf Kosten von Flüssigkeitströpfchen wachsen und dann als Niederschlag fallen, was zu einem geringeren Sonnenlichtreflexionsgrad und einer kürzeren Lebensdauer der Wolken führt.
„Die Arktis erwärmt sich angeblich zwei- bis viermal schneller als die globale Erwärmung“, sagte Dr. Kei Kawai von der Universität Nagoya, der Erstautor der Studie. „Angesichts der Tatsache, dass die Verteilung und die Lebensdauer tiefliegender Wolken das Klima beeinflussen, könnten unsere Erkenntnisse dazu beitragen, die Vorhersagen des arktischen Klimawandels zu verbessern.“ Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in Geophysikalische Forschungsbriefe.
Staub besteht aus sehr kleinen mineralischen Erd- oder Sandpartikeln. Es fungiert als Keim für die Bildung von Eiskristallen in Wolken. Obwohl Staub hauptsächlich aus trockenen Regionen in niedrigen oder mittleren Breiten emittiert wird, haben neuere Studien gezeigt, dass Staub auch aus Gebieten in der Arktis emittiert wird, in denen es keinen Schnee, kein Eis oder keine Vegetation gibt. Eine frühere Studie deutete darauf hin, dass dieser arktische Staub als wirksamer Keim für die Bildung von Eiskristallen dient, da er eine winzige Menge organischer Materie enthält, die über eine hohe Eiskeimbildungsfähigkeit verfügt.
„In der Arktis wird Staub hauptsächlich im Sommer bis zum Frühherbst emittiert, wenn die Oberflächentemperatur hoch und die Schneedecke niedrig ist“, sagte Kawai.
„In dieser Jahreszeit verteilt sich arktischer Staub in der unteren Troposphäre der Arktis (unter einer Höhe von etwa 3 km), wo die Temperaturen wärmer als etwa –15 °C sind. Im Allgemeinen sind Staubpartikel aus einer Wüste in niedrigen oder mittleren.“ Breitengrade können bei Temperaturen über –15 °C nicht effizient als Keime zur Bildung von Eiskristallen dienen. Im Gegensatz dazu können arktische Staubpartikel aufgrund ihrer hohen Eiskeimbildungsfähigkeit zwischen –20 °C und –5 °C als solche Keime wirken.“
Allerdings blieb die Bedeutung der hohen Eiskeimbildungsfähigkeit des arktischen Staubs bisher unklar, da sie in keiner Modellierungsstudie berücksichtigt wurde. Um diesen Mangel zu beheben, führten außerordentlicher Professor Hitoshi Matsui und Dr. Kawai von der Universität Nagoya in Zusammenarbeit mit außerordentlichem Professor Yutaka Tobo vom National Institute of Polar Research eine Studie mit dem globalen Aerosol-Klima-Modell CAM-ATRAS durch.
Zunächst haben sie die kürzlich beobachtete hohe Eiskeimbildungsfähigkeit des arktischen Staubs in ihr Modell einbezogen. Anschließend verglichen sie Simulationen, die diese Fähigkeit berücksichtigten, mit Simulationen, die dies nicht berücksichtigten. Die Ergebnisse zeigten, dass in Simulationen, die diese Fähigkeit berücksichtigten, arktischer Staub effizient als eisbildende Partikel in der Arktisregion fungierte. Die Simulationen reproduzierten auch Beobachtungen von Eiskeim bildenden Partikeln an mehreren Orten in der Arktis genau. Im Gegensatz dazu wirkte arktischer Staub in Simulationen, die dies nicht berücksichtigten, kaum als eisbildende Partikel.
Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Anzahl der eisbildenden Partikel aus Staub aus aller Welt in der unteren Troposphäre der Arktis im Sommer und Herbst um mehr als das Hundertfache zunahm, wenn man die hohe Fähigkeit des arktischen Staubs zur Eisbildung berücksichtigt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass fast alle eisbildenden Partikel aus arktischem Staub stammen.
Daher bestätigten die Forscher, dass arktischer Staub im Sommer und Herbst eine dominierende Rolle als Eisbildungspartikel aus Staub in arktischen Tiefwolken spielt. „Wir haben gezeigt, dass es wichtig ist, die hohe Eisbildungsfähigkeit des arktischen Staubs vollständig zu berücksichtigen, um die Verteilung und den Ursprung der Eisbildungspartikel in der Arktis zu klären“, sagte Dr. Kawai. „Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse uns auch helfen werden, die Vorgänge in Bezug auf die Erwärmung der Arktis zu verstehen und den zukünftigen Klimawandel in der Arktis genauer zu prognostizieren.“
Mehr Informationen:
Kei Kawai et al., Dominante Rolle von arktischem Staub mit hoher Fähigkeit zur Bildung von Eiskeimen in der unteren Troposphäre der Arktis, Geophysikalische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1029/2022GL102470