Augstu platuma grādu putekļu izpratne varētu palīdzēt labāk prognozēt globālo sasilšanu un laika apstākļus nākotnē.
Zinātnieki iedziļinās smilšu pasaulē, lai labāk izprastu to ietekmi uz mūsu klimata un laikapstākļu sistēmām. Vieta, ko viņi izvēlas, lai veiktu savu pētījumu, varētu šķist pārsteidzoša.
Islande ir lielākais un aktīvākais tuksneša apgabals Eiropā, taču oranžo smilšu kāpu vietā tās 44 000 km2 tuksneša apgabali ir līdzeni, neauglīgi melnu vulkānisku putekļu plašumi. Tāpat kā parastie tuksneši, tie rada smiltis, kas vējainā laikā var izraisīt spēcīgas putekļu vētras.
Šīs daļiņas ir pazīstamas kā “augsto platuma putekļi” (HLD), jo tie galvenokārt nāk no reģioniem netālu no polārā loka, lai gan tie var sasniegt pat kontinentālo Eiropu.
Katram putekļu veidam ir unikāls ”pirkstu nospiedums” atkarībā no materiāla, no kura tie izgatavoti: Islandes daļiņas ir izgatavotas no melna vulkāniskā stikla.
“Islandes melnos putekļus mēs atradām Somijā, un pat Serbijā,” saka Pavla Dagsona-Valdhauserova, Islandes Lauksaimniecības universitātes pētniece un Islandes Aerosola un putekļu asociācijas prezidente.
Kā Islandē radās putekļi?
ANO pārtuksnešošanos ierindo “vienā no mūsdienu lielākajām vides problēmām”, jo klimata pārmaiņas un cilvēka radītās darbības pārvērš auglīgās teritorijas putekļu plaknēs.
Islandes tuksneši ir cilvēka darbības rezultāts. “Šī teritorija būtu bijusi bērzu mežs,” saka Dagsone-Valdhauserova, norādot uz neauglīgo ainavu. Vikingu kolonisti mēģināja apstrādāt zemi, izmantojot Ziemeļeiropai piemērotus paņēmienus, taču šīs metodes izrādījās neefektīvas Islandes aukstākajā un vējainākajā klimatā.
Valsts ainavas gadsimtu gaitā ir degradējušās, un mūsdienās tikai aptuveni 2 procentus Islandes klāj meži.
Lai gan daži zinātnieki uzskata, ka Arktika ar laiku var atkal kļūt zaļa un auglīga, mežu atjaunošana Islandē norit lēni un ar pieticīgiem mērķiem. Islandes meža dienests (IFS) cer, ka līdz 2050. gadam izdosies palielināt valsts meža platību līdz 4 procentiem.
Kad pārtuksnešošanās ir sākusies, to ir grūti mainīt: ir aptuveni 135 dienas gadā, kad putekļi paceļas no Islandes tuksneša un piesārņo citus apgabalus Eiropā vai Islandē, kas vēl nav pārtuksnešojušies. Vulkāna izvirdumi izsūknē vairāk pelnu, pastiprinot tuksneša apstākļus.
Kāda ir tumšo augstu platuma grādu putekļu ietekme uz klimatu?
HLD ietekme uz klimatu ievērojami atšķiras no zemo platuma putekļu ietekmes. IPCC uzskata, ka spilgtāki Sahāras un Āzijas tuksneša putekļi ir noderīgi vienā veidā, jo tie atstaro gaismu.
Taču Islandes putekļu daļiņas ir tumšākas, kas nozīmē, ka tās absorbē saules gaismu un tādējādi sasilda zemi un gaisu.
“Vissvarīgākā ietekme uz klimatu ir putekļu nogulsnēšanās kriosfērā,” saka Dagsons-Valdhauserova, norādot uz Myrdalsjokull ledāju mūsu priekšā. Kad melnās smiltis uz ledājiem izveido līdz 1,3 centimetru slāni, tās savāktais siltums izkausē ledu.
Viņa novēroja ledāja degradāciju vairāk nekā divus gadus, pateicoties COP21 finansētajam Planet Watch projektam , kas nodrošināja kameras 10 ledāju uzraudzībai visā pasaulē.
Līdzīgi kā melnās ogles, šie putekļi ir nozīmīgs gaisa piesārņotājs un klimata pārmaiņu virzītājspēks trauslajos Arktikas reģionos. Tā sasniedzamības dēļ tiek ietekmēti arī Grenlandes ledāji un jūras ledus, saka Dagsone-Valdhauserova.
Ledājiem ātrāk kūstot pieaugošās temperatūras dēļ, tiek pakļauts vairāk putekļu. “Zem ledāja jums ir vislabākie kalnu materiāli, neierobežots putekļu avots,” viņa skaidro.
Pavla Dagsona-Valdhauserova uzrauga aktīvos putekļu karstos punktus un izstrādā precīzāku reģionālo putekļu modeli, izmantojot vairākus mērinstrumentus, kas izvietoti visā Islandē.
Pateicoties Copernicus monitoringa programmai (CAMS), viņa tikko pabeidza pirmo pastāvīgās putekļu novērošanas gadu. “Globālo putekļu modeļu problēma ir tā, ka tajos nav iekļauti HLD avoti vai arī izšķirtspēja ir pārāk zema. Mūsu un citu datiem vajadzētu palīdzēt putekļu modelētājiem pielāgot savus modeļus,” viņa stāsta.
Aptuveni 2 miljardi tonnu smilšu un putekļu katru gadu nonāk atmosfērā, ierobežojot redzamību un radot tādas veselības problēmas kā elpceļu slimības.
Riski joprojām tiek novērtēti par zemu: “Lai gan pēdējo 150 gadu laikā vulkāna izvirdumu dēļ dzīvību zaudējuši tikai divi cilvēki, putekļu vētras ir izraisījušas simtiem nāves gadījumu negadījumos Islandē,” saka Dagsone-Valdhauserova.
Melni putekļi varētu liecināt par mākoņiem
Augsto platuma grādu putekļiem ir arī iespējama dzesēšanas ietekme.
Gaisa putekļi var radīt vairāk mākoņu debesīs, kalpojot kā ledus kristālu kodoli, kas ir ļoti svarīgs mākoņu veidošanās process. “Pat tikai nedaudzām putekļu daļiņām var būt milzīga ietekme uz mākoņa veidošanās veidu un to kalpošanas laiku,” skaidro Pollija Fostere, Apvienotās Karalistes Līdsas universitātes doktorante, kas pēta šo ietekmi.
Unikālais HLD sastāvs ar tumšāku krāsu un augstu minerālvielu saturu padara to īpaši efektīvu ar ledu vai ūdeni piepildītu mākoņu veidošanā.
Mākoņi spēcīgi ietekmē Zemes klimatu, izmantojot procesu, ko sauc par mākoņa klimata atgriezenisko saiti.
Tie ir būtiski ūdens ciklam, un tiem ir galvenā loma Zemes temperatūras kontrolē, ietekmējot to, cik daudz saules enerģijas tiek atspoguļots atpakaļ kosmosā un cik daudz siltuma tiek ieslodzīts.
“Ja mēs varam saprast, cik daudz putekļu rodas, mēs varēsim labāk prognozēt mākoņus, kas savukārt var palīdzēt mums daudz labāk prognozēt globālo sasilšanu un laika apstākļus,” saka Fosters.
Tehnoloģija labākām prognozēm
Lai atklātu šo noslēpumu, zinātniekiem ir jāatklāj, kā daļiņas tiek izplatītas dažādos augstumos debesīs.
Fosters izmēģina jaunu metodi daļiņu klātbūtnes noteikšanai: “Iespējams, mēs esam izdomājuši veidu, kā to definēt. Tas ir kaut kas, ko neviens nekad nav darījis, un tas ir patiešām aizraujoši un ļoti svarīgi, ”viņa saka.
Komanda izmanto meteoroloģisko dronu, lai sasniegtu dažādus augstumus. “Mūsu drons mēra temperatūru, spiedienu, mitrumu, divdimensiju vējus, kā arī daļiņu izmēru un daļiņu skaitu reāllaikā, un tas var sasniegt divus kilometrus,” saka Bens Pikerings, bezpilota lidaparātu kompānijas Menapia galvenais meteoroloģijas virsnieks.
Līdz šim tikai laikapstākļu baloni un lāzera gaismas instrumenti, ko sauc par lidar, var izmērīt atmosfēras robežslāni (ABL) – Zemes zemāko.
“ABL ir ļoti svarīga, lai padarītu laikapstākļu prognozēšanu precīzāku, jo tajā notiek visa enerģijas apmaiņa un gaisa piesārņojums var tikt notverts,” piebilst Pikerings.
Taču, lai gan ar laikapstākļu baloniem lidošana ir ļoti dārga un mērījumus veic tikai divas reizes dienā, bet lidars var lidot tikai skaidros laika apstākļos, droni ir lēts un uzticams risinājums.
Foster piestiprina dronam inovatīvu instrumentu, kas var savākt daļiņas ļoti mazos daudzumos uz stikla priekšmetstikliņa, sniedzot nepārspējamu ieskatu putekļu uzvedībā un transportēšanā.
Tikmēr daļiņas tiek savāktas ar to pašu instrumentu zemes līmenī, lai salīdzinātu stikla priekšmetstikliņus. “Ja rezultāti būs pozitīvi un mēs varam parādīt, kā putekļi ir pārvietoti, tas būtu neticami,” viņa saka.
