Κάντε μια βόλτα στη σκοτεινή πλευρά της Αρκτικής

Οι πηγές ενός ρύπου που θερμαίνει το κλίμα στην Αρκτική ήταν αποδομήθηκε από την τελευταία μας μελέτη [1], που περιλαμβάνει ισότοπα ραδιοάνθρακα και μοντελοποίηση ατμοσφαιρικού υπολογιστή. Τα αερολύματα μαύρου άνθρακα είναι μικροσκοπικά ατμοσφαιρικά σωματίδια που προέρχονται από ατελή καύση φυσικών ή ανθρώπινων πηγών — π.χ. πυρκαγιές ή εκπομπές ντίζελ αυτοκινήτων — όπως ακριβώς το CO₂ . Στην καθομιλουμένη, ο μαύρος άνθρακας αναφέρεται επίσης ως αιθάλη.

Η αιθάλη είναι συστατικό των «λεπτών σωματιδίων» (ή PM). Το μέγεθός του είναι μικρότερο από 2,5 μικρόμετρα (το οποίο συχνά αναφέρεται ως PM_2,5 ) — ή μέγ. μισό πάχος από μετάξι αράχνης. Έχοντας τόσο μικρό μέγεθος, μπορεί εύκολα να εισέλθει βαθιά στους πνεύμονές μας ή ακόμα και να περάσει απευθείας από τη μύτη στην περιοχή του εγκεφάλου. Αλλά η αιθάλη δεν είναι μόνο επιζήμια για την υγεία μας [2], αλλά αλληλεπιδρά και με το κλίμα μας. Τα σκοτεινά σωματίδια απορροφούν το ηλιακό φως πολύ αποτελεσματικά. Με επιστημονικούς όρους, το ονομάζουμε ισχυρή θετική ακτινοβολία, που σημαίνει ότι η παρουσία του BC στην ατμόσφαιρα βοηθά στη θέρμανση του πλανήτη. Το "Θετικό" αναφέρεται στο μαθηματικό πρόσημο, όχι στο συναίσθημα.

Η ακτινοβολία της αιθάλης είναι εκεί ψηλά με διοξείδιο του άνθρακα (CO₂ ), αλλά το εύρος της δύναμης της αιθάλης στην αλλαγή του κλίματος είναι πολύ πιο αβέβαιο από την ισχυρή γνώση μας για το CO₂ είναι [3]. Η αιθάλη είναι πιθανότατα στην πρώτη τριάδα, δίπλα στο CO₂ (αδιαμφισβήτητο αρ. 1) και μεθάνιο (CH₄ γνωστό και ως φυσικό αέριο). Δεν μπορούμε να εντοπίσουμε την κλιματική επίδραση της αιθάλης τόσο καλή όσο το CO₂ για διάφορους λόγους:οι εκπομπές αιθάλης εξαρτώνται περισσότερο από την ποσότητα καυσίμου που καίγεται και την ποσότητα αιθάλης που εκπέμπεται ανά μονάδα καυσίμου που καίγεται, η οποία, με τη σειρά της, εξαρτάται από τον τύπο του καυσίμου (αέριο, υγρό, στερεό) και άλλες συνθήκες καύσης (τεχνική ). Σε αντίθεση με ένα αέριο (CO₂ και CH₄ ), η αιθάλη (ένα σωματίδιο) κατανέμεται άνισα σε όλο τον πλανήτη λόγω της πολύ μικρότερης ατμοσφαιρικής ζωής της (μέρες έως εβδομάδες). Αυτή η διάρκεια ζωής το καθιστά καλό στόχο για τον άμεσο μετριασμό της κλιματικής αλλαγής — θεωρητικά. Στην πράξη, ο μαύρος άνθρακας (ή αιθάλη) εκπέμπεται ταυτόχρονα με άλλα αέρια και σωματίδια που δυνητικά ψύχουν τον πλανήτη (π.χ. θειικό), ανάλογα με το πού βρίσκονται στην ατμόσφαιρα και τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν με τα σύννεφα ή τα συστατικά που σχηματίζουν σύννεφα.

Στην Αρκτική, η αιθάλη (και άλλες ακαθαρσίες που απορροφούν το φως) στην επιφάνεια ξεκινά έναν φαύλο κύκλο λιώνοντας το χιόνι ή τον πάγο από κάτω και τελικά αποκαλύπτοντας τη συνήθως πολύ πιο σκοτεινή επιφάνεια (π.χ. βράχο ή νερό ανοιχτής θάλασσας), οδηγώντας σε περισσότερη ηλιακή απορρόφηση και ούτω καθεξής (εμείς, οι επιστήμονες, το ονομάζουμε θετικό feedback, πάλι λόγω μαθηματικών). Η Αρκτική - για πολλούς λόγους - θερμαίνεται πιο γρήγορα από τον υπόλοιπο πλανήτη μας. Μια διαδικασία που ονομάζεται Arctic Amplification ανακαλύφθηκε το 1896 από τον Σουηδό Svante Arrhenius, περισσότερο γνωστό για τα έργα του στη χημεία (και σήμερα ως μακρινός συγγενής της Greta Thunberg).

Τώρα, για να μειώσουμε τις εκπομπές αιθάλης και να μετριάζουμε τις κλιματικές επιπτώσεις της, χρησιμοποιούμε συχνά μοντέλα υπολογιστών. Αποτελούν επίσης το εργαλείο επιλογής όταν πρόκειται για την ενημέρωση των αποφάσεων πολιτικής. Αυτά τα μοντέλα υπολογιστών βελτιώνονται μέρα με τη μέρα, αλλά ιστορικά έχουν αγωνιστεί για να αποκτήσουν την εποχικότητα και το εύρος των συγκεντρώσεων αιθάλης στην Αρκτική [4]. Μέρος του προβλήματος είναι ότι αυτά τα μοντέλα λαμβάνουν δεδομένα από τα λεγόμενα «αποθέματα εκπομπών». Αυτά τα αποθέματα λένε στο μοντέλο πού, πότε και πόση αιθάλη εκπέμπεται, κάτι σαν οδηγίες από ένα βιβλίο μαγειρικής. Αλλά τα διάφορα βιβλία μαγειρικής δεν συμφωνούν σχετικά με την ποσότητα αιθάλης που μπαίνει στο ετήσιο κέικ αιθάλης μας. Αν κάνουμε μια καλύτερη εκτίμηση των παγκόσμιων εκπομπών μαύρου άνθρακα, το κέικ μας έχει περίπου το μέγεθος (και το βάρος, λόγω παρόμοιων πυκνοτήτων ασβεστόλιθου/γρανίτη και αιθάλης) της μεγάλης πυραμίδας της Γκίζας (~7000 γιγαγραμμάρια). Αλλά το εύρος των εκτιμήσεων ποικίλλει πάρα πολύ (2000-29000 gigagrams, Εικόνα 4). Για τη διόρθωση αυτών των μοντέλων και των καταλόγων εκπομπών βασιζόμαστε σε δεδομένα παρατήρησης. Μια διαδικασία που ονομάζεται εκ νέου ανάλυση ή ώθηση οδηγεί σε βελτιωμένες προσομοιώσεις μοντέλων.

Η μελέτη μας εξέτασε πολλές τοποθεσίες γύρω από την Αρκτική και συνέλεξε λεπτά σωματίδια αερολύματος κατά τη διάρκεια 1 διαδοχικού έτους ή περισσότερο ανά τοποθεσία, για συνολικά 4 χρόνια. Αναλύσαμε τις συγκεντρώσεις μαύρου άνθρακα και προσδιορίσαμε τους τύπους πηγών καυσίμου με βάση τα ισότοπα ραδιοάνθρακα. Τα φυτά προσλαμβάνουν ραδιενεργό άνθρακα, που υπάρχει φυσικά στην ατμόσφαιρα, με φωτοσύνθεση του ατμοσφαιρικού CO₂ . Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν έτσι λίγο πολύ την ίδια σχετική ποσότητα ατόμων ραδιοάνθρακα, το ονομάζουμε παρόμοιο «ισοτοπικό αποτύπωμα». Έτσι, η αιθάλη από την καύση βιομάζας έχει ένα σύγχρονο δακτυλικό αποτύπωμα ραδιοάνθρακα. Όταν τα φυτά πεθαίνουν, τα άτομα ραδιοάνθρακα αφήνονται να αποσυντεθούν. Ο χρόνος ημιζωής του ραδιοάνθρακα είναι 5730 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι τα απολιθώματα και κατά συνέπεια η αιθάλη από τα ορυκτά καύσιμα είναι εντελώς εξαντλημένα από ραδιενεργό άνθρακα.

Διαπιστώσαμε ότι οι πηγές αιθάλης είχαν έντονη εποχικότητα, με πραγματικά υψηλή συνεισφορά ορυκτών καυσίμων στην αιθάλη το χειμώνα (75%) και μέτρια (60%) το καλοκαίρι. Οι συγκεντρώσεις αιθάλης ήταν περίπου τέσσερις φορές υψηλότερες το χειμώνα από ό,τι το καλοκαίρι. Οι συγκεντρώσεις της π.Χ. στους διαφορετικούς σταθμούς ήταν επίσης σχετικά διαφορετικές μεταξύ τους, αλλά οι πηγές ήταν σχετικά ομοιόμορφες για όλους τους σταθμούς και σχεδόν εποχιακά συγχρονισμένες μεταξύ τους (χειμώνα με υψηλό απολιθώματα, καλοκαίρι με χαμηλά απολιθώματα). Το μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε τα πήγε πολύ καλά στην προσομοίωση των συγκεντρώσεων αιθάλης, αλλά λίγο λιγότερο καλά στην προσομοίωση πηγών — καλύτερα για ορυκτά καύσιμα παρά για βιοκαύσιμα. Και έδειξε ότι — στην περίπτωσή μας — το 90% των εκπομπών π.Χ. στην Αρκτική προέρχονταν από χώρες βόρεια των 42° Β.

Αυτές οι πληροφορίες παρέχουν ακόμη μεγαλύτερη υποστήριξη για συντονισμένη μείωση των εκπομπών για χώρες σε όλη την Αρκτική και πέρα ​​από αυτήν. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η κύρια εστίασή μας στη μείωση των εκπομπών πρέπει να στοχεύει (ορυκτά καύσιμα) CO₂ εκπομπών, διότι θα επηρεάσουν το κλίμα πολύ μετά (αρκετούς αιώνες) που έχουν εκλυθεί. Και η μείωση σε αυτές τις πηγές σημαίνει μείωση και της αιθάλης. Επειδή η αιθάλη είναι επίσης προϊόν καύσης.

Μια μείωση που στοχεύει ειδικά την αιθάλη μπορεί να επιτευχθεί με την εγκατάσταση φίλτρων σωματιδίων (μετασκευή παλιών κινητήρων και αυστηρά πρότυπα για νέα οχήματα), μετάβαση σε καθαρότερα καύσιμα, τεχνικές καύσης ή εισαγωγή και εφαρμογή προγραμμάτων επιθεώρησης και συντήρησης για τη διασφάλιση της συμμόρφωσης με ισχύουσα νομοθεσία.

Αναφορές:

1. Σ. Winiger et al., «Πηγή κατανομή του μαύρου άνθρακα της ατμόσφαιρας γύρω από την Αρκτική από ισότοπα και μοντελοποίηση», Sci. Adv., p. 10, 2019.
2. Γ. A. Pope III, “Lung Cancer, Cardiopulmonary Mortality, and Long-term Exposure to Fine Particulate Air Pollution”, JAMA, τομ. 287, αρ. 9, σελ. 1132, Μάρτιος 2002.
3.  T. C. Bond et al., «Οριοθετώντας τον ρόλο του μαύρου άνθρακα στο κλιματικό σύστημα:Μια επιστημονική αξιολόγηση:BLACK CARBON ΣΤΟ ΚΛΙΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑ», J. Geophys. Res. Atmospheres, τομ. 118, αρ. 11, σελ. 5380–5552, Ιούν. 2013.
4. S. Eckhardt et al., «Τρέχουσες δυνατότητες μοντέλου για προσομοίωση συγκεντρώσεων μαύρου άνθρακα και θειικών αλάτων στην ατμόσφαιρα της Αρκτικής:αξιολόγηση πολλαπλών μοντέλων χρησιμοποιώντας ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων μέτρησης», Atmospheric Chem. Phys., τομ. 15, αρ. 16, σελ. 9413–9433, Αύγ. 2015.