Billedkredit: NASA / JPL
Et aspekt af Jordens klima, fordelingen af vanddamp, kan have betydelige konsekvenser for klimaændringer og ozonnedbrydning. For at forstå dens betydning bruger forskere fra NASA specielle fly til at opbygge et detaljeret kort over, hvordan vanddamp bevæger sig rundt i atmosfæren, fra jordens overflade op til en højde på 40 km, hvor luften helt tørrer ud. De kunne fortælle, hvilken damp der blev skabt i store højder, og som blev flyttet op af luftstrømme.
NASA-forskere har åbnet et nyt vindue til forståelse af atmosfærisk vanddamp, dets konsekvenser for klimaændringer og nedbrydning af ozon.
Forskerne har oprettet det første detaljerede kort over vand, der indeholder tungt brint og tunge iltatomer ind og ud af skyer, fra jordoverfladen til ca. 25 mil opad, for bedre at forstå dynamikken i, hvordan vand kommer ind i stratosfæren.
Kun små mængder vand når den tørre stratosfære, 10 til 50 kilometer (6 til 25 mil) over Jorden, så enhver stigning i vandindholdet kan potentielt føre til ødelæggelse af en vis ozonafskærmningsevne i denne del af atmosfæren. Dette kunne frembringe større ozonnedbrydning over Nord- og Sydpolen såvel som ved mellemstore breddegrader.
Vand former Jordens klima. Den store mængde af den i den nedre atmosfære, troposfæren, styrer, hvor meget sollys der kommer frem til planeten, hvor meget der er fanget i vores himmel, og hvor meget der går tilbage til rummet. Højere i stratosfæren, hvor det meste af jordens ozonskjold beskytter overfladen mod skadelige ultraviolette stråler, er der meget lidt vand (mindre end 0,001 af overfladekoncentrationen). Forskere forstår ikke fuldstændigt, hvordan luft tørres, før den kommer til denne region.
I troposfæren findes vand som damp i luften, som flydende dråber i skyer og som frosne ispartikler i cirrusskyer i høj højde. Da der er så meget vand tættere på Jorden og så få miles derover, er det vigtigt at forstå, hvordan vand kommer ind og forlader stratosfæren. Det "isotopiske indhold", det naturlige fingeraftryk, der efterlades af de tunge former for vand, er nøglen til at forstå processen. En isotop er en hvilken som helst af to eller flere former for et element, der har de samme eller meget nært beslægtede kemiske egenskaber og det samme atomnummer, men forskellige atomvægte. Et eksempel er ilt 16 mod ilt 18– begge er ilt, men det ene er tungere end det andet.
Tungt vand kondenseres eller fryses lettere ud af sin damp, hvilket får karakteren af dens distribution til at adskille sig noget fra den sædvanlige isotopiske form af vand. En måling af den isotopiske sammensætning af vanddamp gør det muligt for forskere at bestemme, hvordan vand kommer ind i stratosfæren.
"For første gang har vi et isotopindhold i vandet, der er kortlagt i utrolige detaljer," sagde Dr. Christopher R. Webster, seniorforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien. Webster er hovedforfatter af et videnskabeligt papir, der annoncerer det nye fund i tidsskriftet Science. Dr. Andrew J. Heymsfield fra National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colo., Er medforfatter.
Det er ekstremt udfordrende at måle isotoper af vand, fordi de kun repræsenterer en lille fraktion, mindre end en procent, af det samlede vand i atmosfæren. Detaljerede målinger blev foretaget ved hjælp af et Aircraft laser-infrarødt absorptionsspektrometer (Alias), der flyvede ombord på NASAs WB-57F jetfly i højde i juli 2002. Denne nye laserteknik muliggør kortlægning af vandisotoper med tilstrækkelig opløsning til at hjælpe forskerne med at forstå både vandtransport og detaljeret mikrofysik af skyer, nøgleparametre til forståelse af atmosfærisk sammensætning, stormudvikling og vejrforudsigelse.
”Laserteknikken giver os mulighed for at måle de forskellige typer isotoper, der findes i alt vand,” sagde Webster. "Med det isotopiske fingeraftryk opdagede vi, at ispartiklerne, der blev fundet under stratosfæren, var hævet nedenunder, og nogle blev dyrket der på plads."
Dataene hjælper med at forklare, hvordan vandindholdet i luft, der kommer ind i stratosfæren, reduceres, og viser, at gradvis stigning og hurtig opadgående bevægelse, der er forbundet med høje skysystemer (konvektiv lofting) begge spiller roller i fastlæggelsen af stratosfærens tørhed.
Formålet med flymissionen var at forstå dannelsen, omfanget og processerne forbundet med cirrusskyer. Missionen anvendte seks fly fra NASA og andre føderale agenturer til at foretage observationer ovenfor, i og under skyerne. Ved at kombinere flydata med jordbaserede data og satellitter har forskere et bedre billede af forholdet mellem skyer, vanddamp og atmosfærisk dynamik end tidligere. De kan også bedre fortolke satellitmålinger rutinemæssigt foretaget af NASA.
Missionen blev finansieret af NASAs Earth Science Enterprise. Virksomheden er dedikeret til at forstå Jorden som et integreret system og anvende Earth System Science til at forbedre forudsigelsen af klima, vejr og naturlige farer ved hjælp af det unikke udsigtspunkt i rummet. For mere information om Alias, se: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
For information om NASA, se: http://www.nasa.gov.
JPL administreres for NASA af Californien Institut for Teknologi i Pasadena
Original kilde: NASA / JPL News Release
