Forskere har lenge undersøkt sammenhengen mellom biologiske partikler i atmosfæren og dannelsen av iskrystaller i arktiske skyer. Biologiske partikler stammer fra levende organismer, og kan inkludere blant annet pollen og soppsporer.

Denne forskningen har foregått over flere år ved Zeppelinobservatoriet ved Ny-Ålesund på Svalbard.

Et forskerteam fra Sverige, Norge, Japan og Sveits viser i en ny studie hvordan dette kan ha stor betydning for klimaforskningen og vår forståelse av det raskt skiftende arktiske klimaet. Funnene er publisert vitenskapelig i tidsskriftet Nature Communications.

Partikler påvirker skyer

Skyer er viktige for klimaet på jorden. De kan ha en avkjølende effekt ved at de reflekterer sollys, samt en oppvarmende effekt ved at de absorberer varmestråling fra bakken.

Partikler som svever rundt i atmosfæren, kalles aerosol-partikler eller bare aerosoler. Disse spiller en viktig rolle i dannelsen av skyer ved at de kan danne skydråper og iskrystaller. 

Størrelse, antall og sammensetning er noe av det som avgjør hvilke aerosoler som danner skydråper og iskrystaller.

Små endringer kan påvirke skyene

Nøyaktig hvordan aerosoler påvirker skydannelsen og skyenes egenskaper er en av hovedkildene til usikkerhet i klimamodellene. 

I avsidesliggende strøk, som Arktis, kan selv små endringer i partiklene ha stor betydning for sammensetningen av skyene: Hvorvidt de består av små skydråper, iskrystaller eller en blanding, i hvilken grad de reflekterer sollys og varmestråling fra bakken – og om det blir nedbør eller ikke. 

Disse egenskapene har betydning for hvorvidt skyene har en avkjølende eller oppvarmende effekt på klimaet.

Biologiske partikler

Enkelte biologiske partikler danner iskrystaller ved mye høyere temperaturer enn andre partikler.  Biologiske partikler er altså partikler som har opphav fra levende organismer.

Dette skyldes blant annet partiklenes unike struktur eller deres kjemiske sammensetning. Uten partikler til stede vil atmosfæriske iskrystaller ikke dannes før ved temperaturer under -38 °C.  Som forskerne viser i denne studien, er det et betydelig samsvar mellom biologiske partikler og partikler som danner iskrystaller ved så høye temperaturer som -15 °C.

Etter hvert som Arktis varmes opp, kan kildene til de ulike aerosoltypene endre seg. Et varmere klima kan for eksempel bety mer barmark, mer vegetasjon og mindre havis. 

Dette kan føre til at det blir mer partikler fra disse kildene, slik som mineralstøv, biologiske partikler, samt sjøsaltpartikler – og med det kan skyene og klimaet endre seg.

Bruker UV-stråling for å telle biologiske partikler

Forskerne har brukt såkalt sensitiv optisk teknologi basert på lysspredning og UV-stråling til å identifisere og telle de biologiske partiklene. Enkelt forklart tilføres hver enkelt partikkel energi i form av UV-stråling. 

Molekyler av biomolekylært opphav vil så avgi energien igjen i form av lys som måleinstrumentet registrerer. At molekyler har biomolekylært opphav, vil si at de forekommer naturlig i levende organismer.

– Høy sensitivitet er avgjørende for å kunne oppdage disse partiklene i små konsentrasjoner. Det er litt som å lete etter en nål i en høystakk, forteller Gabriel Freitas. Han er forsker ved Stockholms Universitet.

Konsentrasjonen av biologiske partikler er høyest om sommeren. Samsvaret med temperatur i omgivelser, barmark, og vegetasjon viser at de er fra arktiske landområder.

Tilstedeværelsen av de biologiske partiklene ble også bekreftet med  massespektrometri, et instrument for kjemisk analyse. Forskerne brukte også elektronmikroskopi, der elektroner belyser prøven, istedenfor lys. Elektroner har mindre bølgelengde enn synlig lys slik at mye mindre detaljer kan avbildes. 

– Arabitol og mannitol er molekyler kjent som sukkeralkoholer og finnes i en rekke forskjellige mikroorganismer. Når vi finner dem i lufta, slik vi gjorde i denne studien, er det fordi de finnes i soppsporer. De kan stamme fra lokale kilder, og de kan ha blitt fraktet gjennom atmosfæren over lange avstander, sier forsker Karl Espen Yttri ved klima- og miljøforskningsinstituttet NILU.

Mikroorganismer bidrar til dannelse av iskrystaller

Aerosoler som danner iskrystaller kalles også is-nukleerende partikler. Antallet slike partikler, og ved hvilke temperaturer isdannelsen skjer, ble målt ved to ulike laboratorier. Begge tok utgangspunkt i partikler samlet inn på filterprøver eksponert for omgivelsesluft over en periode på én uke.

Forsker Yutaka Tobo fra det Nasjonale polarforskningsinstituttet i Japan forklarer at analysemetoden de brukte, kan tallfeste aerosolpartiklenes evne til å danne iskrystaller i vanndråper ved temperaturer fra 0°C til omtrent -30 °C. 

Ved å varme opp filtrene til 95 °C kunne forsker Franz Conen ved Universitetet i Basel fastslå at mer enn 90 prosent av partiklene som førte til iskrystalldannelse ved høye temperaturer (-12 °C til -15 °C) om sommeren, var av biologisk opprinnelse. Den tilsvarende andelen om vinteren var fortsatt så høy som 50 til 85 prosent.

Analysene og målingene utgjør sammen bevis for at biologiske partikler dominerer konsentrasjonen av iskrystall-dannende partikler ved høye temperaturer i Arktis.

Kunnskapen kan bidra til bedre klimamodeller

Forsker Paul Zieger  ved Stockholms Universitet og leder av prosjektet, understreker hvor viktige disse funnene er for klimaforskningen.

– Denne studien gir nødvendig innsikt i kildene og egenskapene til biologiske og is-nukleerende partikler i Arktis, sier han. 

– Kunnskapen gjør det mulig å forbedre klimamodellene med hensyn til hvordan aerosoler påvirker skyer i Arktis. Dette vil føre til redusert usikkerhet knyttet til estimatene for det menneskeskapte strålingspådrivet.

Forskerne skriver at mindre havis og mer snøfri tundra i løpet av de kommende tiårene vil gi økt opphav til biologiske partikler i Arktis. Bedre forståelse av sammenhengen mellom disse partiklene og skydannelse gir derfor nødvendig innsikt i de pågående og fremtidige endringene i det sårbare arktiske miljøet.

Referanse: 

Gabriel Pereira Freitas mfl.: Regionally sourced bioaerosols drive high-temperature ice nucleating particles in the Arctic. Nature Communications, 2023. Doi.org/10.1038/s41467-023-41696-7

Artikkelen er produsert og finansiert av NILU

NILU er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra NILU:

• 

  Ingeniør Sam Celentano fant 222 gram gull verdt over 150.000 kroner på laboratoriet. Hva gjorde det der?

• 

  Nå kan forskere lenke direkte til data om atmosfæren i vitenskapelige artikler

• 

  Hvordan går det med ozonlaget nå?

• 

  Ny rapport: Luftforurensningen i Oslo er verst blant de nordiske hovedstedene

• 

  Miljøforskernes nye reklame­dingser var fulle av miljø­gifter

• 

  Sør-Europa må forberede seg på skogbrann i sommer, mens Norge får regn

Les flere saker fra NILU her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER