När förödande skogsbränder fortsätter att rasa i västra USA och Kanada, ett team av miljöingenjörer vid Washington University i St. Louis har upptäckt att ljusabsorberande organiska partiklar, även känd som brun kolaerosol, i en löpeld förlorar rök sin förmåga att absorbera solljus ju längre den stannar kvar i atmosfären.

Rajan Chakrabarty, assisterande professor, och Brent Williams, Raymond R. Tucker Distinguished InCEES Karriärutveckling Docent, båda aerosolforskare vid energidepartementet, Miljö- och kemiteknik på Högskolan för teknik och tillämpad vetenskap, och deras labb fann att brun kolaerosol ändrar sina egenskaper från ljusabsorberande till ljusspridande ju längre den förblir i atmosfären. När det först släpps ut, röken är brun och har en värmande effekt på atmosfären. Men under flera dagar i atmosfären, röken blir gradvis vit och har en avsevärt minskad värmande effekt. Den resulterande vita röken bidrar ungefär till en minskning av ljusabsorptionen med cirka 46 procent jämfört med den bruna röken.

"Vår studie ställer tvivel om uppvärmningseffekterna av brunt kol, " sade Chakrabarty. "Om denna livscykelanalys inte tas med i beräkningen, klimatmodeller kan mycket väl ge upphov till överskattade värden för uppvärmning på grund av dessa aerosoler."

Resultaten av forskningen publicerades i tidig online -publikation i Environmental Science &Technology Letters 21 september.

Medan forskare redan identifierade svart kol, eller sot, som det viktigaste ljusabsorberande och värmande medlet, mindre är känt om effekterna av brunt kol från pyrande skogsbränder på atmosfären. Det finns många osäkerheter om dessa aerosols roll för att stärka uppvärmningen i atmosfären, sa forskarna.

Chakrabarty, Williams och deras labbmedlemmar gjorde upptäckten genom att bränna torvmarksbränsle, förvärvade från olika regioner i Alaska med hjälp av U.S. Forest Service, i deras förbränningskammare. Glödande torvbränder i de boreala skogarna är en viktig källa till organiska aerosol- och kolutsläpp. I en unik simulerad miljö, laget studerade förändringarna i fysiken, kemi, optiska egenskaper och sammansättning av den bruna kolröken under flera dagar. Genom att utsätta rökplymerna för ultraviolett strålning och oxidanter, som ozon, i en fotokemisk reaktor, de kunde efterlikna de naturliga effekterna i atmosfären.

När röken först släpptes ut från brännskadorna, det var lerigt brunt av hur det absorberade de kortare synliga våglängderna (blått till grönt).

"Vi såg att när röken åldras i vår simulerade atmosfär, vi ökar i vilken utsträckning de kemiska förändringarna kan ske, sa Williams, chef för Washington University Climate Change Program (WUCCP). "När denna kemi förekommer i atmosfären, rökpartiklarna blir en ljusare färg när dagarna går. Om partiklarna alltid förblev bruna, de skulle fortsätta att bidra till uppvärmningen eftersom de absorberar mer strålning. Om de efter några dagar i atmosfären blir vita, de kommer att börja bidra till kylning genom att sprida mer strålning."

Chakrabarty sa att resultaten kommer att vara fördelaktiga för forskare för att finjustera klimatmodeller och satellitåtervinningsalgoritmer. Det kommer också att hjälpa flera federala myndigheter som arbetar för att förstå skogsbränder.

"Vordsbränder kommer att bli den största källan till luftföroreningar på grund av årtionden av brandbekämpning och ökade bränslebelastningar, " sade Chakrabarty. "Vi har utövat kontroll i viss utsträckning på vanliga utsläpp, såsom de från fordon och industrier, men detta är naturen, och det är väldigt svårt att kontrollera."

Williams sa att den långvariga markförvaltningen i väst och uppvärmningen i den norra delen av landet har lett till en ökning av brännbara bränslen i takt med att klimatförändringarna har blivit vanligare.

"Händelser som torka, översvämningar och invasiva skadedjur kan alla döda din växtlighet, så du har stående, död växtlighet med en hel skogsbotten full av bränsle redo att gå, ", sade Williams. "Alla våra modeller förutspår att dessa bränder kommer att bli mer extrema. Förutom de klimatkonsekvenser som var fokus för denna studie, Luftkvalitetsförvaltningsdistrikt är också mycket oroade över hälsokonsekvenserna för samhällen som kommer att få sämre luftkvalitet på grund av dessa skogsbränder."