Omgivande aerosoler – dessa små blandningar av vätskor och fasta ämnen suspenderade i luft – spelar en viktig roll i jordens klimat, så mycket att forskare är på väg till avlägsna platser för att bättre förstå dem.

Jordens atmosfär är ett komplicerat system. Det är omöjligt att mäta varje aspekt av det överallt hela tiden. Modeller kan beskriva atmosfären i stor skala, men de förlitar sig på en förståelse för de processer som sker i atmosfären. Laboratorieexperiment och fältobservationer kan ge information om dessa processer. Ambient aerosoler är en komplex ingrediens i atmosfären som är särskilt utmanande för modeller. De har betydande effekter inklusive deras förmåga att direkt absorbera eller reflektera ljuset som kommer in i jordens atmosfär. För att matcha observationer, modellbyggare behöver veta hur och när de kemiska komponenterna i aerosoler kommer in i och ut ur systemet.

En saknad pusselbit är vad som händer med det organiska, som står för ungefär hälften av massan av aerosoler, i den avlägsna fria troposfären. Den fria troposfären är den normalt icke-turbulenta delen av atmosfären ovanför regionen som är direkt påverkad av jordens yta. Forskare rapporterade vid 2017 American Geophysical Union Fall Meeting i New Orleans att livslängden för organiska aerosoler i denna region är i storleksordningen 10 dagar, mycket kortare än forskarna tidigare antagit. I den nya forskningen, forskare använde nya metoder för att göra dessa uppskattningar baserat på data som samlats in under flygningar i de två första Atmospheric Tomography Mission (ATom)-kampanjerna.

Att ta reda på hur länge aerosoler hänger runt är absolut nödvändigt för att balansera variablerna i modeller, enligt Charles Brock, en fysiker med NOAA som arbetade med ett separat ATom-projekt. "Konsekvenserna av det är mycket stora för klimatförändringarna, eftersom dessa partiklar påverkar molnen och jordens strålningsbudget, sa Brock.

I genomsnitt, organiska aerosoler lever i atmosfären i 6 dagar, men det värdet gäller mer för de välstuderade regionerna ovanför eller nära kontinenterna, enligt Pedro Campuzano Jost, en atmosfärskemist vid Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences i Boulder, Colorado, som presenterade den nya forskningen. För de avlägsna oceaniska regionerna som studerats i ATom, modellbyggare antog att aerosoler lämnade atmosfären genom att sköljas ut av nederbörd eller falla till marken och att det var en ännu långsammare process i den icke-turbulenta fria troposfären. Så deras nuvarande modeller överskattar en livslängd på cirka 40 dagar.

ATom använder ett NASA DC-8 flygplan utrustade instrument som provar atmosfären över Stilla havet och Atlanten för att lära sig hur mänskligt producerade luftföroreningar omvandlar atmosfärens kemi, särskilt i avlägsna områden där mätningar saknas. I den nya forskningen, Jost och hans medförfattare använde flygplanets instrument för att bestämma den kemiska sammansättningen av aerosoler över de två haven. ATom gav dem ögonblicksbilder av atmosfärens kemi under sommaren 2016 och vintern 2017. Varje kampanj bestod av 11 flygningar under en 23-dagarsperiod. Flygplanet flög upp och ner från cirka 180 meter (590 fot) från havsytan upp till 12 kilometer (7,5 miles) i höjd för att fånga de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos gaserna och aerosolarna i luftproverna över ett kontinuerligt höjdområde .

Forskarna använde dessa mätningar för att bestämma åldern på luftmassorna som provades av planet – eller hur länge aerosolarna hade funnits i atmosfären. De bestämde åldern på de organiska aerosolerna med en fotokemisk klocka. Eftersom icke-metankolväten är allestädes närvarande i troposfären, de kan fungera som indikatorer på åldrande fotokemiska processer. Tidigare studier har funnit att koncentrationsförhållandet mellan två olika kolväten är mest användbart, eftersom det inte är lika känsligt för utspädning som bara koncentrationerna är. Klockan baserad på etan/propan-förhållandet var den mest lämpliga för den tidsram som beaktades i denna studie, förklarade Jost.

Med denna klocka, forskarna uppskattade en livstid för organiska aerosoler i den avlägsna fria troposfären på 8-12 dagar. Jost vet ännu inte den exakta mekanismen för denna kortare livslängd, men framtida modellsimuleringar kan ge honom en ledtråd. Möjligheterna, han sa, inkluderar direkt nedbrytning av de organiska aerosolerna av solljus eller nedbrytning av det organiska materialet av spårradikaler som produceras av solljus.

"Vi vet att det finns en stor osäkerhet i strålningseffekten av aerosoler, både direkta och indirekta effekter, " sa Megan Willis, en kemist vid University of Toronto som inte var involverad i den nya forskningen. "En av de viktigaste kvantiteterna som vi behöver få grepp om för att börja stänga dessa felstaplar och reproducera aerosolmodeller är hur effektivt den tas bort eller vilken tidsskala den tas bort." Willis sa att hon var glad över att se måtten som presenterades i affischen eftersom de kan förbättra de nuvarande modellerna.

Jost planerar nästa att införliva ATom-data som samlats in under hösten 2017 och data som ska samlas in under våren 2018. Genom att lägga till kommande data kommer resultaten att bli mer robusta, han sa.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.