Flytande luftpartiklar efter katastrofer och andra storskaliga geologiska händelser kan ha en bestående inverkan på livet på jorden. Vulkanisk aska kan projiceras upp till stratosfären och stoppa flygtrafiken genom att dröja kvar i atmosfären i månader. Partiklar från industriolyckor har potential att färdas hela halvklot innan de faller till marken. En ny modell som bygger på kaosteori, och publiceras i veckans Kaos , från AIP Publishing, ser ut att hjälpa till att förutsäga hur partiklar rör sig i sådana händelser med ett öga mot potentiella applikationer för geoengineering för att bekämpa klimatförändringar.

Med hjälp av tillgängliga vinddata, forskaren Tímea Haszpra utvecklade en modell för att följa luftpartiklar när de färdas runt jorden. Använder det, hon har skapat kartor som kan användas som atlaser för att förutsäga hur partiklar, såsom vulkanaska eller föroreningar, kommer att skingras över världen.

"En av de mest överraskande delarna av forskningen är det breda utbudet av individuella livstider, "sa hon." Livslängderna varierade från cirka två till 150 dagar för typiska vulkaniska askpartiklar. Mer än 10% av de mindre partiklarna överlever i atmosfären så mycket som ett år, och mer än 1% överlever två år."

Atmosfärisk partikelrörelse uppvisar fraktalliknande beteende, och när data är speciellt filtrerad, ett föremål som styr kaotisk partikelrörelse och kallas en kaotisk sadel kan hittas. Banorna för varje simulerad partikel visar egenskaper som övergående förenas av förändringarna i atmosfärens flöde, ungefär som att sitta på sadeln, innan du ramlar av sadeln och, följaktligen, faller till jorden.

I allmänhet, hon fann att partiklar som kommer från området runt ekvatorn stannar i atmosfären under den längsta tiden, och partiklar mindre än en mikron kunde stanna i atmosfären i flera år innan de faller.

Medellivslängden för en partikel i luften är ungefär en månad, men de fann också att partiklar i ett område på en karta kunde vara i luften upp till 10 gånger så länge som partiklar i närheten på kartan. Hur dessa livstider fördelades runt om i världen varierade beroende på årstid.

För att illustrera begreppen i uppsatsen, Haszpra har skapat ett onlinespel, kallas RePLaT-Chaos, som låter spelare lära sig ämnet atmosfärisk advektion genom att skapa och testa sina egna vulkanutbrott.

Haszpra tror att hennes fynd kan informera framtida ansträngningar som har föreslagits för att använda solreflekterande luftpartiklar för att motverka klimatförändringar. Hon planerar att utöka detta arbete genom att införliva historiska meteorologiska data och klimatmodeller för att bättre förstå hur spridningen av partiklar kan förändras när klimatet förändras.