Thomas Sobyra, en doktorand med Nathanson Group som arbetar med CAICE, förklarar hur kvävepentoxid kommer in i vakuumkammaren där den reagerar med en vattenstråle som är en tredjedel av ett hårstrå. Kredit:Tatum Lyles Flick
Gömda i saltstänk från vågor som slår mot stranden finns ledtrådar till vår planets framtid.
Kemister vid University of Wisconsin–Madison vänder sig till där havet möter himlen för att studera hur vårt förflutna, nuvarande och framtida klimat påverkas av en komplex aerosol som består av havsvatten, luft och bitar av organiskt material från de organismer som kallar havet hem.
Forskarna är medlemmar i Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment, eller CAICE, ett National Science Foundation-finansierat samarbete dedikerat till att reda ut effekterna av dessa aerosolpartiklar på luftkvalitet och klimat.
Eftersom haven täcker 70 procent av planeten, det är en svår uppgift.
"Det finns mycket vatten - mycket hav - och mycket vind, " säger Joseph R. Gord, en postdoktor vid UW–Madison, som arbetar med CAICE.
CAICE fick nyligen 20 miljoner dollar från NSF för att finansiera dess andra fem år, med $3 miljoner planerade för UW–Madison. Baserad vid University of California, San Diego, CAICE är ett samarbete mellan 12 universitet och institut runt om i landet.
"För att förstå nuvarande klimat, vi måste veta vad som hände innan vi var här, " säger Timothy Bertram, biträdande direktör för CAICE och professor i kemi vid UW–Madison. "Vi vill veta vilka aerosolpartiklar, central för molnbildning och klimatsystemet, såg ut som i förindustriell tid."
Sean Staudt, en doktorand som arbetar med CAICE, justerar flödet av dikvävepentoxid till en masspektrometer som används för att studera reaktioner av den atmosfäriska gasen vid atmosfäriska gränssnitt. Kredit:Tatum Lyles Flick
För att undersöka tidigare förhållanden, CAICE-forskare konstruerade en havsgränssnittsmodell för att återskapa den kemiska sammansättningen av havsspray i labbet. Detta gör det möjligt för forskarna att ändra förhållanden och simulera olika geologiska tidsperioder eller miljöfaktorer. Ändrade havstemperaturer, en ökning av havssyrahalten, Föroreningar och skadliga algblomningar förändrar alla sammansättningen av denna aerosolzon och kan påverka vädermönster och människors hälsa.
"Vi vill förstå hur den naturliga processen fungerar, " säger Bertram. "Vi vill också förstå hur människor påverkar haven och vilken roll som kan ha på dessa små partiklar."
Det nya NSF-anslaget kommer att fokusera projektet på tre huvuddelar:partikelproduktion; kemiska reaktioner vid gränsytan mellan vatten och luft; och hur partiklar påverkar molnbildningen.
UW–Madison-forskare fokuserar på kemiska reaktioner mellan aerosolpartiklar och atmosfäriska gaser. En klass av gaser, kända som reaktiva kväveföreningar, kan i hög grad påverka koncentrationen av oxidanter i atmosfären. Dessa oxidanter, som ozon, är avgörande för noggrannheten i kemi och klimatmodeller.
"Genom att förstå beteendet hos dessa molekyler, vi utrustar och gör det möjligt för människor som studerar andra klimatprocesser på djupet att göra bättre förutsägelser och modeller av atmosfären, säger Gord.
Joseph R. Gord, en postdoktor vid UW–Madison som arbetar med CAICE, undersöker frusen kvävepentoxid, en atmosfärisk gas. Han kommer att använda den för att utforska kemiska reaktioner som äger rum vid gränsytan mellan hav och luft. Kredit:Tatum Lyles Flick
Koncentrationer av reaktiva kväveföreningar i atmosfären påverkar också mängden partiklar, som, tillsammans med ozon, kan ta en vägtull på människors hälsa. Både ozon och partiklar övervakas av Naturvårdsverket.
"Ett enormt antal molekyler bidrar till den övergripande bilden av klimatet, " säger Gord. "Vi studerar några av de offentligt mindre kända spelarna för att förstå deras beteende så att människor som tittar på helheten har korrekta utgångspunkter för det arbete de gör."
CAICE-samarbetspartnerna bygger på en snabbt ökande insamling av data och på ett delat intresse och erfarenhet inom kemi och klimatvetenskap.
"Vårt centrum bygger inte bara på kemister av alla slag, men även biologer och oceanografer, och vi ansluter direkt till klimatmodelleringsgemenskapen, säger Gil Nathanson, professor i kemi vid UW–Madison och senior utredare vid CAICE. "Det är ett enormt åtagande som leder till både grundläggande och påtagliga upptäckter."
