Varje dag måste vår atmosfär hitta ett sätt att rena sig från luften, hav och markföroreningar vi kastar på det.

Så, för att studera hur denna rengöringsprocess fungerar, University of Melbournes Dr. Robyn Schofield seglar genom den orörda miljön i södra oceanen till vår mest orörda kontinent, Antarktis - en miljö med minsta mängd föroreningar på planeten.

Men en detaljerad studie i denna del av världen är inte genomförbar utan ett fullt fungerande laboratorium. Så, ombord på fartyget med Dr. Schofield är en unik, mobil, luftkemi, fraktcontainerlaboratorium, känd som AIRBOX eller Atmospheric Integrated Research Facility for Boundaries and Oxidative Experiment.

Detta specialbyggda laboratorium är litet – bara 2,5 gånger 2,5 gånger 3 meter. Men inom det utrymmet har den nio instrument utformade för att utföra omfattande atmosfärisk övervakning - mätningar på de mest avlägsna platserna.

För denna resa, forskargruppen har också lagt till ytterligare åtta gästinstrument som mäter atmosfärisk kemi, gaser och aerosoler över södra oceanen.

AIRBOX, en diskret fripassagerare, kommer att resa med isbrytaren RSV Aurora Australis på fyra resor i sommar, som en del av Australian Antarctic Program.

Med två expeditioner på var och en av resorna, Dr. Schofield och hennes kollegor kommer att mäta sommarsäsongen medan alla antarktiska stationer försörjs.

Och det finns en lista med expertis på väg söderut under hela sommaren på södra halvklotet.

Dr Branka Miljevic, från Queensland University of Technology (QUT), och Jared Lewis, från University of Melbourne, har just återvänt från att fylla på med Davis Station, en av tre permanenta baser och forskningsposter i Antarktis som förvaltas av Australian Antarctic Division.

University of Woollongongs Dr. Dagmar Kürbistin och Dr. Schofield lämnade i början av december för att förse Casey Station på Windmill Islands, strax utanför Antarktiscirkeln.

De kommer att följas av Joel Ahroe, från QUT, och Imogen Wadlow, från University of Melbourne, som kommer att återförsörja Davis och Mawson i det australiska antarktiska territoriet.

Och slutligen, Dr Alan Griffiths från Australian Nuclear Science and Technology Organization och docent Helen (Clare) Murphy från University of Wollongong kommer att förse Macquarie Island.

Ett av områdena forskningen fokuserar på är moln.

ETT MOLNS LIVSCYKEL

Generationen av moln, börjar från en aerosol och slutar med regn, är en viktig del av vår atmosfärs självrengöring. Dock, forskare vill veta mer om processen och förstå hur man bäst håller systemet igång i vårt värmande klimat.

"Moln är mycket viktiga, samt vackra väderfenomen, " säger Dr Schofield.

"Genom att skugga och kyla jordens yta, molntäcke spelar en direkt roll i takten av globala klimatförändringar", förklarar Dr Schofield, baserad vid University of Melbournes School of Earth Sciences och en associerad utredare av ARC Center of Excellence for Climate Extremes.

Moln "sås" av små partiklar i luften som kallas aerosoler. Dessa partiklar kan innehålla damm, sot och salt, varav några är särskilt viktiga för att tillföra näringsämnen till haven.

Vattenånga fäster sig på aerosolpartiklarna, kondenseras till en molndroppe som hålls uppe av luftcirkulationen och sedan växer till ett moln, sedan när det blir tillräckligt stort kommer det att regna ut. Och cykeln börjar igen.

Låg, Grunda moln är mestadels gjorda av vattendroppar av olika storlekar. Tunn, övre nivåmoln eller cirrusmoln är gjorda av små ispartiklar. Och djupa åskmoln kan innehålla både vätska och is i form av moln och regndroppar, moln is, snö och hagel.

"Koncentrationerna av aerosoler i södra oceanen och den antarktiska atmosfären skiljer sig från någon annanstans på jorden. Deras mätning är av stort intresse för det internationella klimatmodelleringssamfundet och för det australiensiska klimatet mer generellt, " säger Dr Schofield.

MOLN OCH KLIMATET

AIRBOX-projektet syftar till att bättre förstå var de aerosoler kommer ifrån som påverkar molnen och hur de tillverkas.

"Vår förmåga att förutsäga framtida klimatförändringar kommer att underlättas genom att förbättra vår förståelse av aerosoler, '' säger Dr Schofield.

"Till exempel, sulfataerosol kyler klimatet genom att direkt reflektera solljus och genom att vara mycket effektiv vid sådd moln, som också reflekterar solljus och leder till en ytkylning. Industriella och fossila bränslen som bränner utsläpp av svaveldioxidgas till atmosfären är den primära källan till sulfatpartiklar.

"Däremot svarta kolaerosoler, som kan komma från skogsbränder, absorberar strålning och kan leda till atmosfärisk uppvärmning och ytuppvärmning."

AIRBOX innehåller flera instrument som kan karakterisera aerosoler – inklusive ett som använder en laser för att mäta aerosol och moln upp till 10 kilometer bort, samt gaser som är viktiga för att kontrollera aerosolbildningsprocesser som ozon.

Dessutom, detta kan också hjälpa till att mäta växthusgaser som koldioxid, lustgas och metan, samt värme- och vattenflöden.

Dessa instrument mäter även aerosolegenskaper, inklusive koncentrationer och storlekar av partiklar som damm i aerosoler, och de typer av partiklar som bidrar till aerosolbildning.

"Aerosolkoncentrationerna över södra oceanen är oväntat höga på våren, medan sommarmätningar indikerar lägre koncentrationer jämfört med längre norrut så tittar vi också på säsongsmässiga förändringar i molnsådd, " säger Dr Schofield.

Alla som någonsin har varit på en båt vet att vågor också är en viktig källa till vatten i atmosfären – inklusive havssprej, en annan typ av aerosol.

"KANARIEFITEN I gruvan"

Syftet med AIRBOX är att samla in så mycket data från så många områden som möjligt på dessa försörjningsresor.

Dr. Schofield har ett särskilt intresse för kvicksilver; tungmetallföroreningen som släpps ut i miljön genom saker som vulkanutbrott och återutsläpps från vegetationen under skogsbränder. Det släpps också ut i atmosfären som ett resultat av mänsklig aktivitet, som guldsmältning och förbränning av fossila bränslen.

Ett lag, ledd av Dr. John Moreau och Dr. Caitlin Gionfriddo också med University of Melbournes School of Earth Sciences, fastställt att när kvicksilver avsätts på Antarktis is, havsisbakterier kan förvandla kvicksilver till metylkvicksilver - en mer giftig form som kan förorena den marina miljön, inklusive fiskar och fåglar.

Sedan är det vad södra oceanen själv kan berätta för oss.

Dr. Schofield samarbetar med University of Melbournes School of Engineering, inklusive docent Alessandro Tofoli, att mäta sjötillståndet med kameror ombord på Aurora Australis. Professor Jason Monty, också från Melbourne School of Engineering, arbetar med AIRBOX-teamet för att karakterisera havets värme- och vattenutbyte.

Informationen från Antarktis kan hjälpa oss att förstå vår världs uppvärmning klimat.

"Vi tänker på södra oceanen som en "kanarie i gruvan", " säger Dr Scholfield. "Om vi ​​kan förstå mer om vad som händer i vår renaste miljö, vi kommer att få en bättre förståelse för hur man upprätthåller atmosfärens förmåga att rengöra sig själv."