Lufttemperatur (svart) och ett mått på den relativa mängden ozon (röd) jämfört med hydroperoxiradikaler och andra tvättmedel. Den övre panelen visar hela 100, 000-årigt iskärnrekord. När jorden värms upp efter den senaste istiden (längst till vänster i toppanelen), det relativa överflödet av ozondroppar. Bottenpanelen är en närbild av ett Dansgaard-Oeschger-evenemang, en snabbare temperatursvängning. Här sjunker temperaturen plötsligt medan det relativa mängden ozon stiger. Upphovsman:Becky Alexander/University of Washington
Osynliga i luften runt oss är små molekyler som driver den kemiska cocktailen i vår atmosfär. Som växter, djur, vulkaner, skogsbränder och mänskliga aktiviteter sprider partiklar i atmosfären, några av dessa molekyler fungerar som saneringsbesättningar som tar bort föroreningarna.
De viktigaste molekylerna som är ansvariga för att bryta ner alla dessa utsläpp kallas oxidanter. De syrehaltiga molekylerna, främst ozon och vätebaserade tvättmedel, reagera med föroreningar och reaktiva växthusgaser, såsom metan.
En studie från University of Washington publicerad den 18 maj i tidskriften Natur finner att under stora klimatsvängningar, oxidanter skiftar i en annan riktning än forskare hade förväntat sig, vilket innebär att de måste tänka om vad som styr dessa kemikalier i vår luft.
"Oxidanter är mycket reaktiva, och de reagerar med föroreningar och växthusgaser och städar atmosfären, "sa motsvarande författare Becky Alexander, en UW docent i atmosfäriska vetenskaper. "Vi ville se hur atmosfärens förmåga att städa sig själv kan förändras med klimatet."
Förste författaren Lei Geng, en tidigare UW -postdoktor vid Grenoble Alpes University, analyserade skivor från en grönländsk iskärna i UW:s isotopkemilaboratorium. 100, 000-årskärnan börjar under en relativt varm period, täcker hela istiden och slutar i dag, med flera kortare temperatursvängningar längs vägen. Forskarna använde en ny metod för att få en första läsning om förändringar i atmosfäriska oxidanter-flyktiga kemikalier som inte direkt bevaras i iskärnor.
Forskarna matade smältvatten till bakterier som drack vätskan och utsöndrade sedan en gas som kan mätas med maskiner som spårar isotopsammansättning av gas. Genom att titta på vikten av syreatomer från smältvattnet kan teamet se hur många som hade kommit från de två huvudsakliga oxidanterna:ozon, som varierar i atmosfären över tiden, kontra tvättmedelsmolekylerna, som förväntas hålla sig ganska konstanta.
Becky Alexander i kylrummet på UW:s IsoLab med delar av en iskärna. Hennes grupp analyserar dessa prover från Antarktis för att se om de visar samma trend som Grönlandskärnorna. Upphovsman:Mark Stone/University of Washington
"Vi fann att tecknet på förändringen var den fullständiga motsatsen till vad vi förväntade oss, "Alexander sa." Och det indikerar att det vi trodde var de främsta drivkrafterna för överflödet av oxidanter faktiskt inte var de viktigaste kontrollerna, och vi var tvungna att komma på några andra mekanismer. "
Atmosfäriska forskare hade trott att ozonhalterna stiger när temperaturen ökar. Ozon produceras med vattenånga och utsläpp från växter, jordbakterier och andra levande saker. Alla dessa stiger när temperaturen värmer. Så författarna förväntade sig att hitta mer ozon i de varmare klimaten.
Istället, andelen ozon ökade faktiskt i kallare klimat. När temperaturförändringarna var små, ozon ökade med temperaturen, men för stora temperatursvängningar vände det förhållandet, med mer ozon under de kalla perioderna.
En hypotes som föreslagits av författarna är en förändring i cirkulationen mellan troposfären, luften ovanför våra huvuden, och stratosfären, det högre höjdskiktet nära där de flesta flygplan flyger. Luft cirkulerar mellan dessa två, flytta upp i tropikerna och släppa tillbaka vid polerna. Stratosfären innehåller mer ozon som till stor del bildas vid dessa höjder i tropikerna, så om cirkulationen blir snabbare, då skulle mer ozon från stratosfären föras ner till ytan.
"Det finns bevis-starka bevis-som visar att Brewer-Dobson-cirkulationen blev starkare under det sista glaciala maxvärdet, "sa medförfattaren Qiang Fu, UW -professor i atmosfäriska vetenskaper. "Det betyder att det fanns mindre stratosfäriskt ozon i tropikerna men mer på de höga breddgraderna, och sedan kommer mer ozon ner från stratosfären till troposfären. "
Det är en förklaring till varför ozon skulle gå upp vid ytan under kalla klimat. Denna förändring i cirkulationen skulle också orsaka att mer ultraviolett strålning träffar tropikerna, och UV och vattenånga är de främsta drivkrafterna för bildandet av den andra huvudgruppen av oxidanter, tvättmedlen. Istiderna kan sedan bli en rik källa till tvättmedel, som bryter ner föroreningar och växthusgaser som metan.
Närbild av en iskärna från Antarktis med ett mörkare lager av vulkanisk aska. UW -gruppen analyserar nu dessa prover för att se om de visar samma trend som Grönlandskärnorna. Upphovsman:Mark Stone/University of Washington
"Traditionellt, metanrekord i iskärna har tolkats enbart som en förändring av källan, "Alexander sa." Men landytemodeller har inte kunnat simulera hela skalan av förändringen av metan som ses i iskärnor. Det tyder på att metans livslängd kanske har förändrats, och det enda sättet att göra det är att ändra mängden tvättmedel i atmosfären. "
En andra möjlig förklaring till den förbryllande ozonstrenden, forskare sa, är en mindre förstådd grupp av oxidanter:halogener. Dessa molekyler är dåligt studerade, och det är inte helt känt hur de påverkar klimatet, men forskare misstänker att de kan reagera för att påverka nivåerna av andra oxidanter.
"Den största källan till halogener är från havssalt, och vi vet från iskärnor att havssalt är mycket högre i kallare klimat, "Alexander sa." Havsis förändras också med klimatet, självklart."
Författarna misstänker att båda mekanismerna-hög cirkulation och kemiska reaktioner med halogener-kan påverka oxidanter under stora svängningar i jordens temperatur.
"Förändringarna vi mätte i ozonnivåer verkar vara ganska stora om man bara överväger en mekanism i taget, föreslår att de kan agera samtidigt, och inte nödvändigtvis oberoende av varandra, "Sa Alexander.
