Sot rapar ur dieselmotorer, reser sig från ved- och gödselbrännande spisar och skjuter ur oljeraffinaderiestackar. Enligt ny forskning har luftförorening, inklusive sot, är kopplad till hjärtsjukdom, några cancerformer och i USA, upp till 150, 000 fall av diabetes varje år.

Utöver dess inverkan på hälsan, sot, känd som svart kol av atmosfäriska forskare, är ett kraftfullt globalt uppvärmningsmedel. Det absorberar solljus och fångar upp värme i atmosfären i magnitud andra än den ökända koldioxiden. Senaste kommentarer i tidningen Förfaranden från National Academy of Sciences kallade avsaknaden av konsensus om sotens ljusabsorptionsstorlek "en av de stora utmaningarna inom atmosfärisk klimatvetenskap."

Rajan Chakrabarty, biträdande professor vid School of Engineering &Applied Science vid Washington University i St. Louis, och William R. Heinson, en National Science Foundation postdoktor i Chakrabartys laboratorium, antog den utmaningen och upptäckte något nytt om sot, eller snarare, en ny lag som beskriver dess förmåga att absorbera ljus:lagen om ljusabsorption. Med det, forskare kommer att bättre kunna förstå sotens roll i klimatförändringarna.

Forskningen har valts ut som ett "Editors 'Suggestion" publicerat online den 19 november i den prestigefyllda tidskriften Fysiska granskningsbrev .

På grund av dess förmåga att absorbera solljus och direkt värma den omgivande luften, klimatforskare införlivar sot i sina modeller - beräkningssystem som försöker replikera den verkliga världens förhållanden - och sedan förutsäga framtida uppvärmningstrender. Forskare använder observationer från verkliga världen för att programmera sina modeller.

Men det har inte funnits enighet om hur man integrerar sotens ljusabsorption i dessa modeller. De behandlar det förenklat, att använda en sfär för att representera en ren, svart kol aerosol.

"Men naturen är rolig, det har sina egna sätt att lägga till komplexitet, "Sa Chakrabarty." I massa, 80 procent av allt svart kol du hittar är alltid blandat. Det är inte perfekt, som modellerna behandlar det. "

Partiklarna blandas, eller belagd, med organiska aerosoler som släpps ut tillsammans med sot från ett förbränningssystem. Det visar sig, svart kol absorberar mer ljus när det är belagt med dessa organiska material, men storleken på absorptionsförbättringen varierar olinjärt beroende på hur mycket beläggning som finns.

Chakrabarty och Heinson ville ta reda på ett universellt samband mellan beläggningsmängden och sotens förmåga att absorbera ljus.

Först, de skapade simulerade partiklar som såg ut precis som de som finns i naturen, med olika grader av organisk beläggning. Sedan, med hjälp av tekniker som lånats från Chakrabartys arbete med fraktaler, laget gick igenom krävande beräkningar, mäta ljusabsorption i partiklar bit för bit.

När de ritade upp absorptionsmängderna mot andelen organisk beläggning, resultatet var vad matematiker och forskare kallar en "universell maktlag". Detta innebär att, när beläggningsmängden ökar, sotens ljusabsorption ökar proportionellt relativt mycket.

(Längden och ytan på en kvadrat är relaterad till en universell maktlag:Om du fördubblar längden på sidorna på en kvadrat, området ökar med fyra. Det spelar ingen roll vad den ursprungliga längden på sidan var, förhållandet kommer alltid att hålla.)

De vände sig sedan till arbete utfört av olika forskargrupper som mätte omgivande sotljusabsorption över hela världen, från Houston till London till Peking. Chakrabarty och Heinson planerade återigen absorptionsförbättringar mot andelen beläggning.

Resultatet blev en universell maktlag med samma tredjedelskvot som hittades i deras simulerade experiment.

Med så många olika värden för ljusabsorptionsförbättring i sot, Chakrabarty sa att klimatmodellerarna är förvirrade. "Vad i helvete gör vi? Hur tar vi hänsyn till verkligheten i våra modeller?

"Nu har du ordning i kaos och en lag, "sa han." Och nu kan du tillämpa det på ett beräkningsmässigt billigt sätt. "

Deras resultat pekar också på det faktum att uppvärmning på grund av svart kol kunde ha underskattats av klimatmodeller. Om man antar sfärisk form för dessa partiklar och inte korrekt tar hänsyn till förbättring av ljusabsorption kan det resultera i betydligt lägre uppvärmningsuppskattningar.

Rahul Zaveri, senior forskare och utvecklare av den omfattande aerosolmodellen MOSAIC vid Pacific Northwest National Laboratory, kallar resultaten en betydande och snabb framsteg.

"Jag är särskilt upphetsad över den matematiska elegansen och den extrema beräkningseffektiviteten för den nya parametreringen, " han sa, "som lätt kan implementeras i klimatmodeller när den kompletterande parametriseringen för ljusspridning av belagda svarta kolpartiklar har utvecklats."