Södra oceanen är känt för att ha den renaste luften på jorden. Men de exakta skälen till varför har förblivit ett mysterium, tills nu.
Det handlar om mer än bara brist på mänsklig aktivitet. Ja, det är färre människor där nere som använder industrikemikalier och förbränner fossila bränslen. Men det finns också naturliga källor till fina partiklar, som salt från havsspray eller damm som pipas upp av vinden.
Oavsett ursprung är fina fasta partiklar eller vätskedroppar suspenderade i luft kända som "aerosoler". Vi anser att ren luft har låga nivåer av aerosoler, utan att skilja mellan naturliga eller industriella källor.
Vår senaste forskning, publicerad i npj Climate and Atmospheric Science , har upptäckt att moln och regn spelar en avgörande roll för att rengöra atmosfären.
Aerosolnivåer över södra oceanen påverkas av en rad faktorer. Dessa inkluderar mängden saltspray och säsongsvariationer i tillväxten av små växtliknande organismer som kallas fytoplankton, som är en källa till luftburna sulfatpartiklar.
Färre sulfater produceras under vintern, vilket är då luften över södra oceanen är som mest orörd.
Men det är inte hela historien. Södra oceanen är också den molnigaste platsen på jorden. Den upplever kortlivade, sporadiska regnskurar som ingen annanstans. Vi ville förstå vilken roll moln och regn har för att rena luften.
Det största hindret för att förstå dessa processer har alltid varit bristen på högkvalitativa observationer av moln, nederbörd och aerosoler i denna dåligt observerade region av världen.
Tack och lov tillåter en ny generation av satelliter oss att studera bilder av moln i oöverträffad detalj. Vi utvecklade ett datorprogram för att känna igen olika molnmönster över ett stort område i södra oceanen.
I synnerhet var vi på jakt efter distinkta bikakeformade mönster i molnfältet. Dessa bikakeliknande moln är av stort intresse eftersom de har en stor roll i att reglera klimatet.
När bikakecellen är fylld med moln eller "stängd" är den vitare och ljusare och reflekterar mer solljus tillbaka till rymden. Så dessa moln hjälper till att hålla jorden sval.
Tomma eller "öppna" vaxkakeceller släpper däremot in mer solljus.
Dessa krångligheter förblir en källa till fel vid modellering av jordens klimat eftersom de inte är korrekt inkluderade. Det är viktigt att få rätt balans mellan öppna och slutna celler, annars kan resultaten vara långt ifrån.
Huruvida bikakecellerna är öppna eller stängda beror också på mängden nederbörd de kan producera.
Cellerna är tillräckligt stora för att kunna ses från rymden, cirka 40-60 km i diameter. Så vi kan studera dem med hjälp av satellitbilder.
Vår forskning är särskilt läglig med tanke på månadens lansering av ett moln- och nederbördsexperiment vid Kennaook/Cape Grim i Tasmanien. Det syftar till att få högre upplösningsdata om moln, regn och solljus.
Vi jämförde molnmönstren med bikakeform med mätningar av aerosoler från Kennaook/Cape Grim-observatoriet och även med Bureau of Meteorologys nederbördsobservationer från en närliggande regnmätare.
Våra resultat visade att dagar med den renaste luften var förknippade med närvaron av öppet bikakemoln. Vi tror att detta beror på att dessa moln genererar sporadiska men intensiva regnskurar, som verkar "tvätta" aerosolpartiklarna ur luften.
Det är något kontraintuitivt, men det visar sig att de öppna cellerna innehåller mer fukt och producerar mer regn än de fluffiga vita slutna cellerna fyllda med moln. Vi upptäckte att de öppna bikakemolnen producerade sex gånger så mycket regn som de stängda.
Så det som ser ut som mindre molnigt väder via satellit utlöser faktiskt de mest effektiva regnskurarna för att tvätta ut aerosolarna. Medan det fyllda eller slutna bikakemönster, som ser grumligare ut, är mindre effektivt. Det var en av de mer överraskande aspekterna av våra resultat.
Vi fann att de tomma honungskakorna var mycket vanligare under vintermånaderna, när luften är som renast.
Vi ville också veta vad som får molnfält att se ut som de gör. Vår analys tyder på att storskaliga vädersystem styr mönstret i molnfältet. När oregerliga stormar spårar över södra oceanen producerar de dessa öppna och slutna celler.
Vår forskning har lagt till en ny bit till pusslet om varför södra oceanen har världens renaste luft. Nederbörd är nyckeln, särskilt regn från dessa klara, öppna moln av bikakecellstyp. Vi var de första som upptäckte att de verkligen är ansvariga för att rensa upp all luft som strömmar över södra oceanen.
Dessa bikakemönster finns också i både Nordatlanten och Norra Stilla havet under vintern. Så vårt arbete kommer också att hjälpa till att förklara hur dessa moln tar bort aerosoler inklusive damm och föroreningar på dessa platser. Och våra resultat kommer att hjälpa till att förbättra klimatmodellerna, vilket möjliggör mer exakta förutsägelser.
Regn skrubbar bort aerosolarna från himlen på ungefär samma sätt som en tvättmaskin städar kläder.
Efter att kallfronten kommit igenom är luften ren. Om du övervintrar på Australiens sydkust kan du andas in fördelarna när denna friska luft kommer in från södra oceanen.
Vi skulle vilja erkänna de värdefulla bidragen från CSIRO, ANSTO och Bureau of Meteorology till denna forskning.
Mer information: T. Alinejadtabrizi et al, Wet deposition in grunt convection over the Southern Ocean, npj Climate and Atmospheric Science (2024). DOI:10.1038/s41612-024-00625-1
Journalinformation: npj Climate and Atmospheric Science
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
