Stora mängder svarta kolpartiklar från skogsbränder når stratosfären där de kan inducera stark lokal uppvärmning och därmed påverka det regionala klimatet.

Skogsbränder, som de som brinner för närvarande i Kalifornien, har stor miljöpåverkan. Okontrollerade eldsvådor kan bränna tiotusentals tunnland, förstöra växtlighet och bosättningar, och allvarligt påverka lokal och regional luftkvalitet. Ett internationellt team av forskare, ledd av Yafang Cheng och Hang Su från Max Planck Institute for Chemistry i Mainz, har nu funnit att en skogsbrands påverkan på atmosfären kan vara ännu starkare än man tidigare trott. Forskarna upptäckte att stora mängder sot, som innehåller mycket svart kol och släpps ut vid skogsbränder, kan transporteras genom troposfären upp till den lägsta stratosfären runt 10 kilometers höjd. Svart kol är det starkast ljusabsorberande aerosolmaterialet från bränder och anses vara ett av de viktigaste individuella klimatuppvärmningsmedlen.

Koncentrationerna av svart kol i brandplymer var över 20 gånger högre än i bakgrundsatmosfären, och de flesta svarta kolpartiklar täcktes med en tjock beläggning av andra kemiska ämnen som förbättrade deras ljusabsorption. De höga koncentrationerna och den tjocka beläggningen av svarta kolpartiklar innebär en stark lokal uppvärmning i den nedersta stratosfären som kan påverka det regionala klimatet väsentligt. Resultaten av studien har precis publicerats i PNAS , den vetenskapliga tidskriften för U.S. National Academy of Sciences.

För att samla in data, forskarna integrerade en specialdesignad Single Particle Soot Photometer (SP2) i en flygfraktscontainer ombord på en Airbus A340-600 från det tyska flygbolaget Lufthansa. SP2 kan detektera enskilda sotpartiklar och bestämma koncentrationen och beläggningen av svarta kolaerosoler. Studien analyserade mätningar som genomfördes under 22 flygningar mellan Europa och Nordamerika från augusti 2014 till oktober 2015, inklusive provtagning under totalt 230 flygtimmar, mestadels på höjder i intervallet 10 till 12 km. Forskningen var en del av CARIBIC-projektet som driver ett innovativt tillvägagångssätt för att studera atmosfärisk sammansättning, kemiska och fysikaliska processer, och klimatförändringar med hjälp av passagerarflygplan.

"I stratosfären, en svart kolpartikel kan ha en mycket starkare effekt på klimatet än på lägre höjder på grund av mer intensiv solstrålning, ytterligare förbättring från baksidsspridning av moln, och långa partikeluppehållstider, " säger Yafang Cheng, huvudutredare för CARIBIC-SP2 svart kol-projektet och ledare för en oberoende Minerva forskargrupp vid Max Planck Institute for Chemistry.

"Via djup konvektion och specifika väderförhållanden, utsläpp från skogsbränder kan transporteras in i den lägsta stratosfären, där vi har samlat högkvalitativa mätdata under ett stort antal interkontinentala flygningar, " tillägger Jeannine Ditas, en postdoktor i Chengs grupp, som arbetade med SP2-mätningarna.

Förlängde varma årstider, torrare jordar och växtlighet, och förändrade nederbördsmönster leder till mer frekventa vildmarksbränder med ökad varaktighet och intensitet i många delar av världen. "Långsiktiga och breda mätningar är viktiga för att kvantifiera hur skogsbränder påverkar atmosfären och förbättra vår förståelse av nuvarande och framtida klimatförändringar, " konstaterar Cheng.

"Som ett nästa steg, vi planerar att utöka observationerna till Afrika och Asien, där skogsbränder är mycket vanliga, " tillägger Hang Su, en medutredare, forskargruppsledare vid Max Planck Institute for Chemistry och professor vid Jinan University i Guangzhou, Kina. Ytterligare analyser av mätdata kommer att ta itu med aerosolernas öde i stratosfären och deras interaktioner med moln.