Ultrafina partiklar påverkar både hälsa och klimat. I stadsområden, vägtrafiken anses vara den huvudsakliga källan till de små partiklarna. Dock, en långsiktig mätkampanj av forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) utanför städer har nu avslöjat en källa som särskilt påverkar det regionala klimatet:moderna koleldade kraftverk. I den Bulletin från American Meteorological Society , forskarna rapporterar hur kraftverkens utsläpp påverkar bildandet av ultrafina partiklar och vilken påverkan dessa partiklar har på klimatet.

Även om ultrafina partiklar (UFP) har en diameter på mindre än 100 nm, de har en enorm inverkan på miljöprocesser:"De erbjuder ytor för kemiska reaktioner i atmosfären eller kan påverka egenskaperna hos moln och nederbörd som kondensationskärnor, " säger Wolfgang Junkermann från KIT:s institut för meteorologi och klimatforskning (IMK). För att studera förekomsten och distributionen av UFP, miljöfysikern, tillsammans med australiensiska kollegor, gjort mätningsflygningar över hela världen under de senaste femton åren. Mätningar täckte även atmosfären utanför urbana hotspots, i särskilda regioner med iögonfallande nederbördstrender. I öppen natur, till exempel, skogsbränder, dammstormar eller vulkanutbrott producerar fina partiklar, men oftast inte i nanometerområdet. Klimatforskarna fann att UFP-koncentrationerna också ökar konstant i många avlägsna områden och att de nya, ytterligare partiklar har inget naturligt ursprung.

Under sina mätningsflygningar, Junkermann fann att dessa partiklar släpps ut från koleldade kraftverk och raffinaderier. "Avgasrening sker under förhållanden som är optimala för nybildning av partiklar. Ammoniak tillsätts avgaserna för att omvandla kväveoxider till ofarligt vatten och kväve." Eftersom denna ammoniak finns i rätt blandningsförhållande för partikelbildning, koncentrationerna i avgaserna är extremt höga. Efter emission på 200 – 300 m höjd, de mycket små partiklarna kan spridas över flera hundra kilometer beroende på väder och klimatförhållanden i atmosfären:"Meteorologiska processer spelar en viktig roll för UFPs tidsmässiga och rumsliga mönster, " säger Junkermann. Under natten, plymer kan spridas i en tunn, mycket koncentrerat skikt. "Nära marken, bottenskiktet kyls ner, medan varmare luft förblir ovanför." Denna stabila skiktning (inversion) kan brytas upp av solskensinducerad uppvärmning endast nästa morgon. Sedan, partiklar blandas igen ner till markytan. Där, koncentrationerna kan öka med upp till två storleksordningar under en kortare tid. "Detta resulterar i veritabla explosioner, så kallade partikelhändelser, " förklarar forskaren.

Om dessa partiklar kommer in i molnen som kondensationskärnor, de enskilda molndropparna kommer initialt att bli mindre och det tar längre tid för en regndroppe att bildas. Följaktligen, den rumsliga och tidsmässiga fördelningen och intensiteten av nederbörd påverkas. "Detta leder inte nödvändigtvis till mindre nederbörd, partiklar kan till och med förstärka extrema regnhändelser. Vinden avgör var detta händer."

För mätningsflygningar, klimatforskarna använde det KIT-utvecklade minsta bemannade forskningsflygplanet i världen. Flyglaboratoriet är utrustat med mycket känsliga instrument och sensorer som mäter dammpartiklar, spårgaser, temperatur, fuktighet, vind, och energibalanser. Junkermann och hans kollegor jämförde sedan dessa data med meteorologiska observationer och spridnings- och transportmodeller. "På det här sättet, vi fann att fossila kraftverk under tiden har blivit de starkaste enskilda källorna till ultrafina partiklar i världen. De påverkar enormt meteorologiska processer och kan orsaka extrema väderhändelser."