Sie denken vielleicht, dass Staub ein Ärgernis ist, das abgesaugt und entsorgt werden muss, aber tatsächlich ist er im größeren Maßstab weitaus wichtiger, als den meisten Menschen bewusst ist. Weltweit spielt Staub eine entscheidende Rolle bei der Regulierung unseres Klimas, des Strahlungshaushalts, der Nährstoffkreisläufe, der Bodenbildung, der Luftqualität und sogar der menschlichen Gesundheit.
Unser Verständnis davon wird jedoch durch Einschränkungen in aktuellen mathematischen Modellen behindert. Diese Modelle, die auf vor Jahrzehnten entwickelten Methoden basieren, Kampf um die Eigenschaften und Mengen von Staub genau zu simulieren.
Das Neueste Forschung von meinen Kollegen und mir beleuchtet diese Einschränkungen und bietet ein differenzierteres Bild von Staub. Unser Ergebnisse zeigen, dass die Staubemissionen nicht konstant sind, sondern sich saisonal und zwischen den Hemisphären, über Wüsten und Buschland hinweg, verschieben. Dies fordert das lange Vermeintliche heraus Vorstellung dass Nordafrika und der Nahe Osten die dominierenden globalen Staubquellen sind.
Anhand zweier Arten von Satellitendaten deuten unsere Untersuchungen darauf hin, dass Staubemissionen bei Staubstürmen selten und örtlich begrenzt sind, ähnlich wie Blitzeinschläge, und an ständig wechselnden Orten auftreten.
Die Komplexität von Staub
Der Zyklus der Staubemission, Transport und Deposition haben positive und negative Auswirkungen auf unsere Umwelt. Nährstoffe im abgelagerten Staub düngen unsere Ozeane und Regenwälder. Aber auch Staub aus erodiertem Sediment kann Pflanzen und Bäume schädigen und die Photosynthese stören, während auf Eis abgelagerter Staub die Geschwindigkeit erhöht, mit der es schmilzt.
Variationen in der Staubzusammensetzung, wie Mineralart und Farbe, erzeugen einen komplexen Partikelcocktail, der in die Atmosphäre injiziert wird. Dies wiederum interagiert mit Wolken, um zu beeinflussen, wie Sonnenlicht reflektiert oder absorbiert wird, und reguliert letztendlich die Temperatur der Erde.
Daher ist es wichtig, dass wir genau wissen, woher Staubemissionen kommen, in welchen Mengen, wie Staub über den Planeten transportiert wird und wo er landet.
Staubemissionsmodelle wurden vor fast 30 Jahren entwickelt, als noch weitaus weniger Daten verfügbar waren. Folglich gingen bei diesen mittlerweile klassischen Staubzyklusmodellen einige Annahmen an. Eine wichtige Annahme war, dass die Landoberfläche der Erde gleichmäßig mit ständig lockerem und trockenem Material bedeckt war, das immer verfügbar und verursacht war Staubemissionen.
Ein riesiger Staubsturm in Australien.
Aus Feldmessungen wissen wir jedoch mittlerweile, dass Böden häufig verkrustet oder mit unterschiedlichen Kiesarten bedeckt sind. Es wurde auch angenommen, dass die Schwelle, ab der der Wind den Boden anhebt und an die Atmosphäre abgibt, fest und im Laufe der Zeit unveränderlich ist.
Wir wissen jetzt auch, dass sich Sedimente in der Landschaft bewegen und möglicherweise nicht immer verfügbar sind. Die den Boden bedeckende Vegetation verringert die Geschwindigkeit des Windes beim Erreichen der Bodenoberfläche, was wiederum die Staubemission verringert. Staubmodelle gehen immer noch davon aus, dass „Grün“ auf das Vorhandensein von Vegetation hinweist. In Trockengebieten, in denen die meisten Staubemissionen auftreten, ist die Vegetation jedoch oft braun, aber ihre Rauheit verringert dennoch die Windgeschwindigkeit und schützt den Boden vor Staubemissionen.
Folglich haben klassische Staubzyklusmodelle die Menge der Staubemissionen überschätzt. Diese Schwächen sind seit der Entwicklung der Modelle bestehen geblieben. Dies liegt vor allem daran, dass Modellierer davon ausgehen, dass sie durch die Anpassung ihrer Staubzyklusmodelle an die Staubmessungen in der Atmosphäre etwaige Schwächen in der Staubemissionsmodellierung überwinden.
Ein neuer Ansatz
Vor fast einem Jahrzehnt haben wir einen neuen Ansatz entwickelt Schatten um abzuschätzen, wie stark die Windgeschwindigkeit durch Unebenheiten, wie z. B. Vegetation, auf der Erdoberfläche verringert wird. Dieser Ansatz war noch durch die zuvor beschriebenen Modellannahmen begrenzt.
Während der Pandemie wurden traditionelle Feldstudien jedoch unmöglich. Deshalb haben wir einen neuen Ansatz gewählt. Mithilfe von Satelliten haben wir eine globale Sammlung von Staubemissionspunkten erstellt. Dies lieferte wertvolle Daten und ebnete den Weg für weiteres Forschung.
Wir fanden heraus, dass bestehende Modelle die Rolle Nordafrikas als Hauptquelle der globalen Staubemissionen überschätzten. Unsere Forschung zeigt, dass sich Staubemissionen saisonal und zwischen den Hemisphären verschieben, und zwar aus Wüsten in Ostasien, dem Nahen Osten und Nordafrika sowie Buschland in Australien und Nordamerika.
Aktuelle Modelle liefern nur einen Bruchteil der Geschichte, basierend auf dem Staub in der Atmosphäre über Nordafrika und dem Nahen Osten. Für die Südhalbkugel wurde eine geringe Staubemission vorhergesagt. Dies steht jedoch im Gegensatz zu Feldbeobachtungen und den Erfahrungen der Menschen in diesen Regionen.
Diese neuen Erkenntnisse sind für großmaßstäbliche Modelle von entscheidender Bedeutung, da die Eigenschaften von Staub je nach Herkunft unterschiedlich sind. Darüber hinaus kann sich Staub verändern, wenn er innerhalb einer Hemisphäre zu verschiedenen Zielen transportiert wird, wo er sich an Land, in unseren Ozeanen und auf Eiskappen ablagert.
Unser neues Verständnis der Staubverteilung, -menge und der saisonalen Veränderungen hat erhebliche Auswirkungen. Es werden Überarbeitungen historischer Rekonstruktionen erforderlich sein, die vergangene Klimaveränderungen erklären. Unsere Erkenntnisse werden auch zukünftige Klimaprognosen und die Wechselwirkungen des Staubkreislaufs mit den Kohlenstoff-, Energie- und Wasserkreisläufen der Erdsysteme beeinflussen.
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