Twee baanbrekende onderzoeken waarbij onderzoekers van de Goethe-Universiteit Frankfurt, het Max Planck Instituut voor Chemie, de Universiteit van Helsinki, het Leibniz Instituut voor Troposferisch Onderzoek en samenwerking in Brazilië betrokken waren, hebben een nieuw klimaatmechanisme ontdekt. In het Amazone-regenwoud komen grote hoeveelheden gasvormig isopreen vrij via de transpiratie van planten. Eerder dachten wetenschappers dat isopreen niet over lange afstanden in de atmosfeer terecht kon komen, omdat het snel afbreekt bij blootstelling aan zonlicht. Gegevens uit de CAFE-Brazilië-meetcampagne, gepresenteerd in de coverstory van Nature, onthullen echter een ander inzicht.
Studies hebben aangetoond dat nachtelijke onweersbuien isopreen tot 15 kilometer de lucht in kunnen dragen. Op deze grote hoogten reageert isopreen en vormt verbindingen die grote hoeveelheden nieuwe aërosoldeeltjes creëren. Deze deeltjes blijven groeien en worden condensatiekernen, waardoor wolkenvorming wordt bevorderd. Dit proces kan het klimaat beïnvloeden, wat de complexe interacties tussen regenwoudecosystemen en atmosferische dynamiek benadrukt.
Wie heeft er niet genoten van de aromatische geur die de lucht vult tijdens een zomerse wandeling door het bos? Een deel van de reden voor deze typische geur zijn terpenen, een klasse stoffen die voorkomen in boomharsen en essentiële oliën. Het belangrijkste en meest voorkomende molecuul is isopreen. Geschat wordt dat planten over de hele wereld jaarlijks 500 tot 600 miljoen ton isopreen in de omringende atmosfeer lozen, wat ongeveer de helft van de totale uitstoot van gasvormige organische verbindingen door planten voor zijn rekening neemt. Professor Joachim Curtius, een atmosferisch onderzoeker van de Goethe Universiteit in Frankfurt, legt uit: "Het Amazone-regenwoud alleen al is verantwoordelijk voor meer dan een kwart van de isopreenuitstoot."
Tot nu toe werd gedacht dat isopreen in het Amazonegebied snel afbreekt en niet in de bovenste lagen van de atmosfeer terechtkomt. Dit komt omdat hydroxylradicalen worden gevormd in de atmosfeer nabij de grond als de zon overdag schijnt. Ze zijn zeer reactief en kunnen isopreenmoleculen binnen enkele uren vernietigen. "We hebben nu echter aangetoond dat dit slechts een deel van de waarheid is. Er zijn 's nachts nog steeds aanzienlijke hoeveelheden isopreen in het regenwoud en een groot deel van deze moleculen kan hoger de atmosfeer in worden getransporteerd", zei Curtius.
De oorzaak zijn tropische onweersbuien die 's nachts over het regenwoud trekken. Ze zuigen isopreen op als een stofzuiger en sturen het naar een hoogte van 8 tot 15 kilometer. Zodra de zon opkomt, vormen zich hydroxylradicalen die reageren met isopreen. Bij extreem lage temperaturen op grote hoogte worden regenwoudmoleculen echter omgezet in andere verbindingen dan die op grondniveau. Ze combineren met stikstofoxiden die worden geproduceerd door bliksem tijdens onweersbuien. Veel van deze moleculen klonteren samen en vormen aërosoldeeltjes van enkele nanometers. Deze deeltjes worden op hun beurt in de loop van de tijd groter en worden vervolgens condensatiekernen voor waterdamp. Zo spelen ze een belangrijke rol bij de vorming van wolken in de tropen.
Professor Jos Lelieveld legt uit: “We hebben deze processen kunnen onthullen via een onderzoeksvlucht die twee uur voor zonsopgang begon en de hele dag doorging. We konden grote hoeveelheden isopreen detecteren in de lucht die uit onweersbuien op grote hoogte stroomt, en na verschillende chemische reacties vormen zich snel nieuwe aërosolen. Deeltjes.” Hij is directeur van het Max Planck Instituut voor Chemie in Mainz en directeur van het CAFE-Brazil onderzoeksproject (Atmospheric Chemistry: Brazilian Field Experiment), waarin een internationaal onderzoeksteam gegevens verzamelt over atmosferische chemische processen boven het Amazone-regenwoud. "
Curtius en Lelieveld zijn niet alleen partners in CAFE-Brazilië, maar zijn ook betrokken bij het CLOUD-consortium, waarin ruim twintig onderzoeksgroepen klimaatgerelateerde chemische processen in de atmosfeer bestuderen. Ze hebben de omstandigheden op deze hoogte nagebootst in de Aerosol and Cloud Experimental Chamber op CERN in Genève. Met behulp van deze simulatiekamer analyseerden ze tot in detail welke reacties zonlicht teweegbrengt.
Dr. He Xucheng, een atmosferisch onderzoeker verantwoordelijk voor het isopreenexperiment, legde uit: ‘Met deze methode konden we nauwkeurig de snelheid bepalen waarmee isopreenproducten aërosoldeeltjes vormen. Interessant genoeg bleek uit de studie dat zelfs sporenhoeveelheden zwavelzuur en jodiumoxiden, die vaak in de atmosfeer worden aangetroffen, voldoende zijn om de vorming van aërosoldeeltjes met een factor 100 te versnellen. Daarom kunnen deze moleculen gezamenlijk de vorming van oceaanwolken beïnvloeden – een proces dat uiterst onzeker is in de atmosfeer. klimaatvoorspellingen.”
Zwavelzuur wordt in de atmosfeer gevormd uit verschillende zwavelhoudende stoffen. Het wordt voornamelijk geproduceerd door de reactie van zwaveldioxide en hydroxylradicalen. In het CLOUD-experiment heeft de onderzoeksgroep uit Frankfurt zeer lage concentraties zwavelzuur gemeten, terwijl de groep uit Mainz hydroxylradicalen heeft gemeten.
Winden op grote hoogte boven het Amazoneregenwoud kunnen isopreenvormende deeltjes duizenden kilometers van hun bron meevoeren. Dit betekent dat ze de vorming van verre wolken kunnen beïnvloeden. Omdat wolken variëren in type en hoogte, spelen ze een cruciale rol in het klimaat door zowel de zonnestraling te blokkeren als te voorkomen dat warmte de ruimte in straalt. Daarom hopen de onderzoekers dat hun bevindingen de klimaatmodellen zullen helpen verbeteren.
De resultaten van het CAFE-Brazil-project suggereren ook dat de voortdurende ontbossing van het Amazone-regenwoud het klimaat op twee manieren zou kunnen beïnvloeden. "Aan de ene kant komen er broeikasgassen vrij omdat bossen geen koolstofdioxide meer opslaan. Aan de andere kant beïnvloedt het kappen van bossen de watercyclus en de uitstoot van isopreen, waardoor de klimaatverandering verder wordt gestimuleerd", aldus Curtius.
Samengesteld uit /ScitechDaily
DOI:10.1038/s41586-024-08192-4