Arktis värms upp två eller tre gånger snabbare än resten av planeten. Denna förstärkta uppvärmning beror på flera faktorer, men den relativa betydelsen av var och en är fortfarande oklart. "Vi vet, dock, att moln kan spela en viktig roll, säger Julia Schmale, en EPFL-professor som leder Extreme Environments Research Laboratory och innehar Ingvar Kamprad-stolen. "Genom att reflektera solens strålar tillbaka ut i rymden eller fånga värme nära jordens yta som en filt, moln hjälper antingen att kyla av eller värma upp planeten."

Schmale tillbringade tillsammans med forskare från Paul Scherrer-institutets Laboratory of Atmospheric Chemistry och Stockholms universitets institution för miljövetenskap och Bolin Center for Climate Research flera veckor med att samla in data nära nordpolen i augusti och september 2018, som en del av den amerikansk-svenska expeditionen Arctic Ocean 2018 ombord på den svenska isbrytaren Oden. Forskarna mätte de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos atmosfäriska molekyler och aerosolpartiklar för att bättre förstå de förhållanden som leder till molnbildning.

Hur aerosoler bildas i Arktis

"Ett av våra mål var att undersöka hur nya aerosolpartiklar kan bildas i den arktiska atmosfären, " säger Andrea Baccarini, en Ph.D. student vid Paul Scherrer Institute och nu vetenskaplig medarbetare i extrema Environments research Laboratory. "Under rätt förutsättningar, gasmolekyler kondenseras till små kluster som kan växa, så småningom bildar aerosoler." Om dessa aerosoler växer till och med bara en liten mängd större, de kan fungera som molnkondensationskärnor, som är avgörande för molnbildning.

I den arktiska sommaren och hösten, koncentrationen av aerosoler är extremt låg. "Bidraget från nybildade aerosoler kan vara extremt viktigt och även en liten förändring i aerosolkoncentrationen i högarktis kan ha en stor inverkan på molnbildningen eller förändra molns strålningsegenskaper, " säger Baccarini. Det är fortfarande inte klart hur viktiga lokala aerosolprocesser är för molnbildning i jämförelse med regionala eller långväga transporter, till exempel. "Med denna expedition, vi skulle kunna undersöka de exakta källorna till aerosolpartiklar som behövs för att bilda moln", tillägger Paul Zieger, en biträdande professor vid Stockholms universitet som ledde forskningsprojektet om aerosol-molnprocesser under 2018 års expedition.

Jodsyra uppträder tidigt på hösten

Forskargruppen fann att jodsyra, en kemisk förening som inte tidigare observerats i regionen, utlöser bildandet av nya aerosoler mellan sensommar och tidig höst. "Det är mindre is i Arktis i slutet av sommaren, mycket öppet vatten och koncentrationen av jodsyra är mycket låg vid den punkten, " säger Schmale. "Mot slutet av augusti sjunker temperaturen och vattnet börjar frysa igen, som markerar början av den så kallade frysningsperioden. Det är då jodsyrakoncentrationen ökar kraftigt, vilket leder till frekventa händelser i nybildning av aerosolpartiklar."

Teamet utvecklade en enkel modell för att förklara variationen av jodsyra i atmosfären, vilket till stor del beror på lokala meteorologiska förhållanden. De kunde också beskriva hela kedjan av händelser som leder hela vägen från ny partikelbildning till moln, från gasmolekylen som initialt skapar en partikel till bildandet av molnkondensationskärnor. "Att observera och beskriva denna process under verkliga förhållanden var en extremt sällsynt möjlighet, säger Schmale.

Deras resultat, nyligen publicerad i Naturkommunikation , ge större insikt om biogeokemiska processers roll för molnbildning över den arktiska packisen och potentiellt även för arktisk uppvärmning.