Dym z pożarów lasów w Kanadzie wisi nad Niemcami od tygodni

Ogromne pożary w Kanadzie zniszczyły miliony hektarów lasów, spowodowały przesiedlenie ponad 100 000 osób i wpłynęły na jakość powietrza milionów ludzi w Ameryce Północnej. Ślady tej katastrofy ekologicznej czuć też w atmosferze Niemiec.

Od połowy maja naukowcy z Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) rejestrują cienkie warstwy dymu na wysokości od 3 do 12 kilometrów nad Lipskiem. Dowód na to, że cząsteczki dymu pochodzą z pożarów lasów, był możliwy dzięki nowej technice: cząsteczki dymu są pochodzenia biologicznego i świecą po oświetleniu światłem ultrafioletowym z lasera.

Dzięki temu można je wyraźnie odróżnić od innych cząstek, takich jak cząstki wulkaniczne czy pył znad Sahary. Pochodzenie warstw dymu można prześledzić wstecz do Ameryki Północnej za pomocą prądów powietrza. Powiązane badania zostały opublikowane w trzech różnych artykułach, jednym na temat EGUsfera serwer przygotowania do druku, jeden w Atmosferyczne techniki pomiarowei jeden w Chemia atmosfery i fizyka.

„To zarówno imponujące, jak i przerażające, widzieć rozmiary, jakie te pożary osiągnęły w międzyczasie: kiedy lasy płoną tygodniami w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych, nie tylko ludzie cierpią z powodu tej katastrofy. Wpływa to również na atmosferę w Europie. wysokie, zwykle bezchmurne warstwy powietrza, z powodu cząstek dymu wydają się tworzyć cienkie chmury welonowe” – relacjonuje Benedikt Gast z TROPOS, który nadzoruje i ocenia bieżące pomiary w ramach pracy doktorskiej.

W przeciwieństwie do Ameryki Północnej, gdzie w czerwcu m.in. metropolie wschodniego wybrzeża przez wiele dni były spowite dymem i wydano alarm pyłowy, dym z Ameryki Północnej z pewnością nie stanowi zagrożenia dla zdrowia w Europie. Warstwy dymu na dużych wysokościach i są teraz bardzo rozcieńczone. Ma to jednak wpływ na atmosferę i klimat: promieniowanie słoneczne jest rozpraszane przez cząsteczki, przez co światło jest nieco osłabiane.

Podobnie jak w przypadku pyłu z Sahary, niebo może również wydawać się lekko zachmurzone. Ponadto dym może wpływać na powstawanie chmur w górnych warstwach atmosfery. Tak przynajmniej sugerują ostatnie badania: podczas ekspedycji MOSAiC w Arktyce w 2020 r. naukowcom TROPOS udało się zmierzyć niezwykle dużą ilość dymu w atmosferze wokół bieguna północnego i zaobserwować powstawanie chmur pierzastych w tych zadymionych środowiskach.

Niedawne badania przeprowadzone na Cyprze pokazują, że w pewnych warunkach cząsteczki dymu mogą działać jako jądra zarodkowania w procesie tworzenia kryształków lodu. W tym celu naukowcy z Eratostenes Center of Excellence, Cyprus University of Technology i TROPOS przeanalizowali dane z Limassol jesienią 2020 r., kiedy dym z poważnych pożarów lasów w Ameryce Północnej był transportowany przez region śródziemnomorski, z Portugalii na Cypr.

Pomiary przeprowadzone w tym czasie dostarczyły wyraźnych dowodów na to, że cząsteczki dymu w wieku około -50°C wywoływały tworzenie się lodu w przejściu między wilgotną troposferą a suchą stratosferą, prowadząc do powstawania chmur lodowych.

„Nasze obecne obserwacje nad Lipskiem również wskazują na to powiązanie. Podczas kilku pomiarów w ciągu ostatnich kilku tygodni byliśmy w stanie zaobserwować warstwy dymu i chmur lodowych (znanych również jako chmury pierzaste) w jego otoczeniu na wysokości od 10 do 12 m n.p.m. km Te warstwy dymu z silną obecnością pierzastych chmur zaobserwowano nie tylko w Lipsku, ale także w kilku stacjach w Europie: od południowego zachodu w Évora (Portugalia), przechodząc przez Warszawę (Polska) do Kuopio (Finlandia) na północnym wschodzie .

„Dym, który powoduje więcej chmur, może otworzyć nową ścieżkę oddziaływania w kontekście zmian klimatu, ponieważ chmury mogą mieć efekt chłodzenia lub ocieplenia, w zależności od ich grubości optycznej, fazy i właściwości mikrofizycznych. Bardziej intensywne i częstsze pożary lasów potencjalnie wpływają na bilans promieniowania atmosferycznego w nieznanym jeszcze stopniu. Ten potencjał motywuje nas do dalszego badania interakcji między dymem z pożarów a tworzeniem się chmur” – powiedział Benedikt Gast z TROPOS.

Ze względu na zmiany klimatyczne zwiększa się liczba i intensywność pożarów lasów, a wraz z nimi ilość aerozolu uwalnianego do atmosfery podczas spalania biomasy. Te cząstki aerozolu mogą nie tylko rozprzestrzeniać się w troposferze, ale także docierać do stratosfery powyżej i wpływać na równowagę promieniowania Ziemi i zachmurzenie przez długi czas i na dużych obszarach.

„Od początku sezonu pożarów lasów 2023 na półkuli północnej widzieliśmy dym w prawie każdej warstwie atmosfery, w tym w niższej stratosferze. Z punktu widzenia nauki o atmosferze jest to niepokojący trend: globalne ocieplenie nie tylko wydaje się może powodować palenie dużych lasów wokół koła podbiegunowego, ale pożary te są bardziej dotkliwe i częstsze. Zmienia to również znacząco naszą atmosferę, co z kolei wpływa na klimat. Ponadto istnieją nowe dowody sugerujące, że dym również zakłóca warstwę ozonową i tym samym stanowią zagrożenie dla zdrowia milionów ludzi”, wyjaśnia dr. Alberta Ansmanna z TROPOS.

Aby w pełni zrozumieć i określić ilościowo wpływ aerozoli na klimat, kluczowe znaczenie ma dokładne typowanie aerozoli. Lidary polaryzacyjne o wielu długościach fal, takie jak te obsługiwane przez TROPOS w różnych lokalizacjach, są pod tym względem bardzo potężnymi narzędziami do wykrywania i klasyfikacji aerozoli za pomocą takich parametrów, jak szybkość Lidara, szybkość depolaryzacji i wykładnik Ångströma. Jednak trudno było odróżnić dym stratosferyczny od aerozolu siarczanu wulkanu.

Ostatnie badania wykazały, że fluorescencja lidarowa ma ogromny potencjał do poprawy klasyfikacji aerozoli, ponieważ dostarcza jeszcze jednego parametru – tzw. W związku z tym naukowcy rozbudowali swój duży stacjonarny atmosferyczny lidar w TROPOS w Lipsku: Multiwavelength Atmospheric Raman Lidar for Temperature, Humidity and Aerosol Profiling (MARTHA) otrzymał w sierpniu 2022 r. dodatkowy kanał odbiorczy, który może mierzyć rozpraszanie wsteczne fluorescencji w zakresie widmowym. 488 nanometrów.

Doświadczenia z obserwacji fluorescencji w TROPOS pokazują, że ma on ogromny potencjał nie tylko do typowania aerozoli, ale przede wszystkim do znajdowania warstw dymu. „Ponieważ nowy kanał jest wrażliwy tylko na rozpraszanie cząstek, doskonale nadaje się do profilowania aerozoli. Udowodniono to w kilku przypadkach. Kanał fluorescencyjny w Lidarze jest jak szkło powiększające do warstw aerozolu”, mówi dr. Cristofer Jimenez z firmy TROPOS. „Zwłaszcza przy niskich stężeniach cząstek, nowe podejście może dostarczyć interesujących i zupełnie nowych wyników. Jest wiele do odkrycia i czekania na tę technikę”.

W najbliższych miesiącach wystrzelony zostanie mocniejszy laser, który może posłużyć również do badania jeszcze wyższych warstw atmosfery i niższych stężeń. Obie stacje w Lipsku i Limassol należą do PollyNet, sieci systemów Lidar, które wykorzystują wiązki laserowe do badania atmosfery z ziemi. Jest częścią europejskiej infrastruktury badawczej ACTRIS, która bada aerozole, chmury i gazy resztkowe.