Arktiska moln ökar nedsmältningen i de arktiska områdena

I ett projekt som finansieras inom Finlands Akademis akademiprogram för det arktiska området forskar Vehkamäki i arktisk molnbildning och isnukleation: vilka partikeltyper är nödvändiga för att is ska bildas och därmed för de arktiska molnens egenskaper, och hur förändras partiklarnas halter då det arktiska klimatet förändras. Syftet med projektet är att få en så noggrann beskrivning som möjligt av hur de arktiska molnen bildas och om de egenskaper som krävs för olika klimatmodeller.

Partiklarnas halter i den arktiska atmosfären och deras effektivitet i formandet av iskristaller är rätt okända. ”Klimatmodellerna kräver en noggrann beskrivning också av molnens aggregationstillstånd. Iskristaller och vattendroppar behöver en kondensationskärna för att bildas, vilket betyder att aerosolpartiklarnas egenskaper, vid sidan om temperaturen, bestämmer molnens aggregationstillstånd, molntäckets omfattning och strålningsegenskaper”, säger Vehkamäki.

Ännu känner man inte till hur is bildas på partiklarnas yta på molekylnivå. ”Man har antagit att det väsentliga är kristallstrukturen på partikelns yta. Om strukturen är mycket lik isen organiserar ytan vattenmolekylerna på ett gynnsamt sätt för att is ska bildas. I en molekylsimulator har man kunnat bevisa detta genom enkla modellämnen och artificiell molnsådd, såsom vid de silverjodidpartiklar som användes vid de Olympiska spelen i Peking 2008.”

Förklaringen fungerar emellertid inte på de medel som betraktas som goda iskärnor. Experiment visar att olika mineraldamm som innehåller fältspat är den viktigaste partikeltypen för isbildning i atmosfären men deras ytstruktur påminner inte mycket om isens struktur. ”Enligt simulationer fungerar inte en ren fältspatpartikel överhuvudtaget som iskärna i praktiken. Färska experiment visar att uppkomsten av iskristall inte har sin början på platta ytor, utan hemligheten finns i ytans mikroskopiska ofullkomlighet, i ytans molekylstora håligheter och trappsteg”, berättar Vehkamäki. Det är betydligt mer mångfacetterade mekanismer än Snomaxproteinernas effektivitet i snökanoner som förklarar den rena isens strukturer.

I det fyraåriga projekt som Vehkamäki leder - Iskristallmolnen och isnukleation i de arktiska områdena (ICINA) - vill man genom experiment och simulationer få ett genombrott i förståelsen för hur is bildas. ”Problemets lösning kräver utveckling av nya metoder och en kreativ kombinationsförmåga, för den helhet som består av partikelns yta och den is som bildas på den är alltför stor för att kunna kopieras med ens de mest specifika kvantmekaniska metoderna, men lösningen finns någonstans i de små detaljer som inte kan beskrivas med grövre modeller.”

Då man förstår hemligheten bakom isbildningen bättre får man mer noggranna väderprognoser och vet hur förändringarna i växtligheten och i produktionen av havs- och jordpartiklar förändrar sannolikheten för isbildande molnighet. ”Klimatförändringen producerar flera partiklar till den arktiska atmosfären, vilket ökar uppkomsten av iskristaller men de högre temperaturerna som följer försvagar den. Det om ismolnen ökar eller minskar med klimatförändringen kan bero på så ytterst små detaljer.”

Mer information

- professor Hanna Vehkamäki, Helsingfors universitet, hanna.vehkamäki@helsinki.fi,
tfn 040 560 8807

Finlands Akademi, kommunikationen
Joonas Aitonurmi
tfn 0295 335 153
fornamn.efternamn(at)aka.fi