Bildkredit: NASA / JPL
En aspekt av jordens klimat, fördelningen av vattenånga, kan ha betydande konsekvenser för klimatförändringar och ozonnedbrytning. För att förstå dess betydelse använder NASA-forskare specialflygplan för att bygga en detaljerad karta över hur vattenånga rör sig i atmosfären, från jordens yta upp till en höjd av 40 km, där luften helt torkar ut. De kunde berätta vilken ånga som skapades i höga höjder och vilken flyttades upp av luftströmmar.
NASA-forskare har öppnat ett nytt fönster för att förstå atmosfärisk vattenånga, dess konsekvenser för klimatförändringar och ozonnedbrytning.
Forskarna har skapat den första detaljerade kartan över vatten som innehåller tungt väte och tunga syreatomer in och ut ur moln, från jordens yta till cirka 25 mil uppåt, för att bättre förstå dynamiken i hur vatten kommer in i stratosfären.
Endast små mängder vatten når den torra stratosfären, 10 till 50 kilometer (6 till 25 mil) över jorden, så varje ökning av vatteninnehållet kan potentiellt leda till förstörelse av viss ozonskyddsförmåga i denna del av atmosfären. Detta kan ge större ozonnedbrytningar över Nord- och Sydpolen såväl som på medellängd.
Vatten formar jordens klimat. Den stora mängden av den i den nedre atmosfären, troposfären, styr hur mycket solljus som kommer igenom planeten, hur mycket som fångas i våra himlar och hur mycket som går tillbaka till rymden. Högre i stratosfären, där de flesta av jordens ozonsköld skyddar ytan från skadliga ultravioletta strålar, finns det mycket lite vatten (mindre än 0,001 av ytkoncentrationen). Forskare förstår inte helt hur luften torkas innan den kommer till den här regionen.
I troposfären finns vatten som ånga i luft, som flytande droppar i moln och som frysta ispartiklar i cirrus moln i hög höjd. Eftersom det finns så mycket vatten närmare jorden och så få miles ovanför, är det viktigt att förstå hur vatten kommer in och lämnar stratosfären. Det "isotopiska innehållet", det naturliga fingeravtrycket som den tunga formen av vatten lämnar, är nyckeln till att förstå processen. En isotop är någon av två eller flera former av ett element med samma eller mycket nära besläktade kemiska egenskaper och samma atomantal, men olika atomvikter. Ett exempel är syre 16 mot syre 18– båda är syre, men det ena är tyngre än det andra.
Tungt vatten kondenseras eller fryses lättare ut från sin ånga, vilket gör att dess distribution distribueras något från den vanliga isotopformen av vatten. En mätning av den isotopiska sammansättningen av vattenånga gör det möjligt för forskare att bestämma hur vatten kommer in i stratosfären.
"För första gången har vi vattenisotopinnehåll som är mappade i otrolig detalj", säger Dr. Christopher R. Webster, seniorforskare vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien. Webster är huvudförfattare till ett vetenskapligt papper som tillkännager den nya resultat i tidskriften Science. Dr. Andrew J. Heymsfield, från National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colo., Är medförfattare.
Att mäta vattenisotoper är extremt utmanande, eftersom de endast representerar en liten fraktion, mindre än en procent, av det totala vattnet i atmosfären. Detaljerade mätningar gjordes med hjälp av en Aircraft laser-infraröd absorptionsspektrometer (Alias) som flyger ombord på NASAs WB-57F höghöjdsflygplan i juli 2002. Denna nya laserteknik möjliggör kartläggning av vattenisotoper med tillräcklig upplösning för att hjälpa forskare att förstå både vattentransport och detaljerad mikrofysik av moln, viktiga parametrar för att förstå atmosfärisk sammansättning, stormutveckling och väderprognos.
"Lasertekniken ger oss möjligheten att mäta de olika typerna av isotoper som finns i allt vatten," sade Webster. "Med det isotopiska fingeravtrycket upptäckte vi att ispartiklarna som hittades under stratosfären var uppifrån och några odlades där på plats."
Uppgifterna hjälper till att förklara hur vatteninnehållet i luft som kommer in i stratosfären reduceras och visar att gradvis stigning och snabb uppåtgående rörelse förknippat med höga molnsystem (konvektiv lofting) båda spelar roller för att fastställa torrheten i stratosfären.
Syftet med flygplanets uppdrag var att förstå bildningen, omfattningen och processerna i samband med cirrusmoln. Uppdraget använde sex flygplan från NASA och andra federala byråer för att göra observationer ovan, i och under molnen. Genom att kombinera flygplansdata med markbaserade data och satelliter har forskare en bättre bild av förhållandet mellan moln, vattenånga och atmosfärisk dynamik än tidigare. De kan också bättre tolka satellitmätningar som rutinmässigt görs av NASA.
Uppdraget finansierades av NASAs Earth Science Enterprise. Företaget ägnar sig åt att förstå jorden som ett integrerat system och tillämpa Earth System Science för att förbättra förutsägelsen av klimat, väder och naturrisker med hjälp av den unika utsiktspunkten i rymden. För mer information om Alias, besök: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
För information om NASA, besök: http://www.nasa.gov.
JPL förvaltas för NASA av California Institute of Technology i Pasadena
Originalkälla: NASA / JPL News Release
