Geef de bovenste atmosfeer stof, en het zal cirruswolken maken.

Het is lang een mysterie geweest wat nu precies de oorzaak is van de vorming van cirruswolken, de piekerige ijsmassa’s die hoog in de lucht kunnen worden waargenomen. Maar nieuw onderzoek, gedetailleerd in het nummer van 9 mei van het tijdschrift Science, toont aan dat de wolken condenseren en bevriezen, of kernen, op zeer specifieke minerale en metaaldeeltjes hoog in de atmosfeer. Dat maakt cirruswolken uniek: De meeste andere wolken vormen zich voornamelijk door condensatie op organische deeltjes, aldus studie-auteur Dan Cziczo, een atmosferisch chemicus aan het Massachusetts Institute of Technology.

Het is belangrijk om te weten hoe deze wolken zich vormen, omdat ze op elk moment tot 30 procent van de atmosfeer van de aarde kunnen bedekken, en een groot effect hebben op het klimaat, vertelde Cziczo aan OurAmazingPlanet.

Wolken en klimaat

In feite hebben wolken ongeveer tien keer zoveel invloed op het klimaat als door de mens veroorzaakte broeikasgasemissies, zei Brian Toon, een onderzoeker aan de Universiteit van Colorado in Boulder die niet bij de studie betrokken was. “De grootste onzekerheid bij het begrijpen van klimaatverandering is het begrijpen van wolken, omdat ze zo veel belangrijker zijn,” zei hij.

De nieuwe studie toont echter aan dat de mens daadwerkelijk invloed heeft op de vorming van cirruswolken (net zoals klimaatverandering de vorming van wolken beïnvloedt en vice versa, op weinig begrepen manieren), door monsters te nemen van de ijskristallen waaruit de wolken zijn opgebouwd en te zien op welke deeltjes zij zich hebben gevormd. Hoewel minerale deeltjes altijd al hun weg hebben gevonden naar de hogere atmosfeer, waar cirruswolken hangen, heeft de mens de hoeveelheid mineraal stof die daar aankomt vergroot door veranderingen in landgebruik zoals ontbossing en landontwikkeling, aldus Toon. Cziczo schat dat het niveau van deze mineralen met ongeveer 50 procent is toegenomen sinds het begin van de industrialisatie. Metaaldeeltjes worden ook door de mens ingebracht door de verbranding van fossiele brandstoffen en andere industriële activiteiten, zei hij.

Maar wat voor invloed heeft dit op de hoeveelheid of de grootte van cirruswolken? Het is te vroeg om te zeggen, zei Cziczo, maar de gegevens van de studie zullen helpen computermodellen van klimaatverandering te verbeteren. Toon zei dat meer minerale deeltjes die door de mens worden opgeworpen, zouden kunnen leiden tot meer cirruswolken, hoewel er veel andere factoren zijn die de situatie compliceren.

Het is ook onduidelijk hoe cirruswolken het klimaat kunnen beïnvloeden. Afhankelijk van hun plaats in de atmosfeer, kunnen zij de aarde helpen afkoelen of juist opwarmen. In tegenstelling tot wolken van vloeibaar water, die de aarde over het algemeen afkoelen door zonlicht te weerkaatsen, kunnen ijswolken helpen de aarde op te warmen door weerkaatste warmte te absorberen, zei Toon.

Particle man

Cirruswolken zijn uniek in die zin dat ze uit ijskristallen bestaan, terwijl de meeste andere wolken gecondenseerde druppels vloeibaar water bevatten. Wanneer de meeste mensen aan wolken denken, stellen zij zich deze vloeibare waterwolken voor, die dichter bij het aardoppervlak bestaan en verantwoordelijk zijn voor regenstormen en ander weer, zei Cziczo.

Zoals alle wolken, hebben waterwolken deeltjes nodig waarop zij kunnen condenseren. Recent onderzoek heeft aangetoond dat deze wolken zich kunnen vormen op microben in de lucht, sulfaten (chemicaliën uitgestoten door vulkanen en menselijke activiteit) en andere organische materialen, zei Cziczo. Zoals uit deze studie blijkt, hebben cirruswolken echter zeer specifieke deeltjes nodig waarop ze kunnen ontkiemen en bevriezen.

Het analyseren van de chemische stoffen in ijskristallen op grote hoogte is geen gemakkelijke taak. Om dit te doen, werkten Cziczo en zijn collega’s samen met de NASA om twee van haar onderzoeksvliegtuigen te gebruiken. In de lucht gebruikten zij een apparaat dat een tegenstroom virtuele impactor wordt genoemd. Dit apparaat werkt als een haardroger, aldus Cziczo.

“De inlaat laat gas aan de voorkant van het vliegtuig uitstromen. Dit houdt de kleine deeltjes tegen die we niet willen bemonsteren en laat alleen de grote ijskristallen binnen,” legde hij uit. “Je kunt je voorstellen dat als je een pingpongballetje op een föhn laat vallen, de luchtstroom het pingpongballetje tegenhoudt. Maar als je een bowlingbal op de föhn laat vallen, heeft dat geen effect. Hetzelfde geldt voor deeltjes versus ijskristallen.”

De warme lucht smolt vervolgens het ijs, en de onderzoekers analyseerden de deeltjes met behulp van een massaspectrometer die ze meenamen in het vliegtuig, zei Cziczo.

Email Douglas Main of volg hem op Twitter of Google+. Volg ons @OAPlanet, Facebook of Google+. Origineel artikel op LiveScience’s OurAmazingPlanet.