Afbeelding tegoed: NASA / JPL
Een aspect van het klimaat op aarde, de verspreiding van waterdamp, kan aanzienlijke gevolgen hebben voor klimaatverandering en aantasting van de ozonlaag. Om de betekenis ervan te begrijpen, gebruiken NASA-wetenschappers speciale vliegtuigen om een gedetailleerde kaart te maken van hoe waterdamp in de atmosfeer beweegt, van het aardoppervlak tot een hoogte van 40 km, waar de lucht volledig uitdroogt. Ze konden zien welke damp op grote hoogte werd gecreëerd en die door luchtstromingen omhoog werd bewogen.
NASA-wetenschappers hebben een nieuw venster geopend voor het begrijpen van atmosferische waterdamp, de implicaties ervan voor klimaatverandering en aantasting van de ozonlaag.
De wetenschappers hebben de eerste gedetailleerde kaart gemaakt van water met zware waterstof en zware zuurstofatomen in en uit wolken, van het aardoppervlak tot ongeveer 40 kilometer omhoog, om de dynamiek van hoe water in de stratosfeer terechtkomt beter te begrijpen.
Slechts kleine hoeveelheden water bereiken de droge stratosfeer, 10 tot 50 kilometer (6 tot 25 mijl) boven de aarde, dus een toename van het watergehalte kan mogelijk leiden tot vernietiging van een ozonbeschermend vermogen in dit deel van de atmosfeer. Dit kan leiden tot grotere ozonafbraak in de Noord- en Zuidpool en op de middelste breedtegraden.
Water vormt het klimaat van de aarde. De grote hoeveelheid ervan in de lagere atmosfeer, de troposfeer, bepaalt hoeveel zonlicht de planeet binnendringt, hoeveel er in onze hemel gevangen zit en hoeveel er weer de ruimte in gaat. Hoger in de stratosfeer, waar het grootste deel van het ozonschild van de aarde het oppervlak beschermt tegen schadelijke ultraviolette stralen, is er heel weinig water (minder dan 0,001 van de oppervlakteconcentratie). Wetenschappers begrijpen niet helemaal hoe lucht wordt gedroogd voordat het deze regio bereikt.
In de troposfeer bestaat water als damp in de lucht, als vloeistofdruppels in wolken en als bevroren ijsdeeltjes in cirruswolken op grote hoogte. Omdat er zo veel water dichter bij de aarde is en zo weinig kilometers daarboven, is het belangrijk om te begrijpen hoe water de stratosfeer binnenkomt en verlaat. De 'isotopische inhoud', de natuurlijke vingerafdruk die is achtergelaten door de zware vormen van water, is essentieel om het proces te begrijpen. Een isotoop is een van de twee of meer vormen van een element met dezelfde of zeer nauw verwante chemische eigenschappen en hetzelfde atoomnummer, maar met verschillende atoomgewichten. Een voorbeeld is zuurstof 16 versus zuurstof 18 - beide zijn zuurstof, maar de ene is zwaarder dan de andere.
Zwaar water wordt gemakkelijker gecondenseerd of bevroren uit de damp, waardoor de aard van de distributie enigszins verschilt van de gebruikelijke isotopische vorm van water. Met een meting van de isotopische samenstelling van waterdamp kunnen wetenschappers bepalen hoe water in de stratosfeer terechtkomt.
"Voor het eerst hebben we de inhoud van waterisotopen tot in de kleinste details in kaart gebracht", zegt Dr. Christopher R. Webster, een senior onderzoeker bij het Jet Propulsion Laboratory van de NASA, Pasadena, Californië. Webster is de hoofdauteur van een wetenschappelijk artikel waarin de nieuwe bevindingen in het tijdschrift Science. Dr. Andrew J. Heymsfield, van het National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colo., Is co-auteur.
Het meten van waterisotopen is een enorme uitdaging, omdat ze slechts een kleine fractie, minder dan één procent, van het totale water in de atmosfeer vertegenwoordigen. In juli 2002 werden gedetailleerde metingen gedaan met behulp van een laser-infraroodabsorptiespectrometer (Alias) aan boord van NASA's WB-57F-straalvliegtuig op grote hoogte. Deze nieuwe lasertechniek maakt het in kaart brengen van waterisotopen met voldoende resolutie mogelijk om onderzoekers te helpen zowel het watertransport als de gedetailleerde microfysica van wolken, belangrijkste parameters voor het begrijpen van atmosferische samenstelling, stormontwikkeling en weersvoorspelling.
"De lasertechniek geeft ons de mogelijkheid om de verschillende soorten isotopen in al het water te meten", aldus Webster. "Met de isotopische vingerafdruk ontdekten we dat de ijsdeeltjes die onder de stratosfeer werden gevonden, van onderaf werden verheven en sommige daar werden gekweekt."
De gegevens helpen verklaren hoe het watergehalte van lucht die de stratosfeer binnenkomt, wordt verminderd, en laten zien dat geleidelijke opstijging en snelle opwaartse beweging in verband met hoge wolkensystemen (convectieve lofting) beide een rol spelen bij het vaststellen van de droogte van de stratosfeer.
Het doel van de vliegtuigmissie was om de vorming, omvang en processen van cirruswolken te begrijpen. De missie gebruikte zes vliegtuigen van NASA en andere federale instanties om observaties te doen boven, in en onder de wolken. Door vliegtuiggegevens te combineren met gegevens op de grond en satellieten, hebben wetenschappers een beter beeld van de relatie tussen wolken, waterdamp en atmosferische dynamiek dan voorheen. Ze kunnen ook satellietmetingen die routinematig door NASA worden uitgevoerd, beter interpreteren.
De missie werd gefinancierd door NASA's Earth Science Enterprise. De Enterprise is toegewijd aan het begrijpen van de aarde als een geïntegreerd systeem en het toepassen van Earth System Science om de voorspelling van klimaat, weer en natuurlijke gevaren te verbeteren met behulp van het unieke uitkijkpunt van de ruimte. Ga voor meer informatie over Alias naar: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
Ga voor informatie over NASA naar: http://www.nasa.gov.
JPL wordt beheerd voor NASA door het California Institute of Technology in Pasadena
Oorspronkelijke bron: NASA / JPL News Release
