Global temperatur siste 540 millioner år

Transkript

1

2 Global temperatur siste 540 millioner år Millioner år siden Siste år

3 Skur av partikler fra et galaktisk proton

4 Bare de mest energetiske galaktiske partiklene (hovedsakelig protoner) lager skurer der de ladde partiklene (myoner) når helt ned til bakkenivå. Mengden av galaktiske protoner som når jordens atmosfære påvirkes av solvinden og varierer derfor med solflekkaktiviteten (galaktiske nøytroner og nøytroner i skuren når helt ned uavhengig av energien) Strømmen av ladde partikler ved bakkenivå er ca. 70 partikler pr. m 2 og pr. sekund. Disse partiklene ioniserer luften, og ionene sammen med vanndamp danner kondensajonskjerner som utvikler seg til vanndråper og derved til skyer

5 Wilsons tåkekammer (nobelpris 1927)

6 Boblekammer (Glaser, nobelpris 1960) magnetfelt vinkelrett på billedplanet ladde partikler inn fra høyre

7 Solflekker, solvind og skydannelse. Svendsmark og Christensens hypotese: Magnetisk aktivitet på solen skaper sterke magnetfelt som skjermer jorden for galaktiske ladde partikler. Dette fører til variasjoner i skydannelsen slik at jo større solaktivitet, jo mindre skydannelse, og jo større oppvarming. Men effektens størrelse er ukjent.

8 Solaktivitet fra observerte solflekker og fra konsentrasjon av 10 Be (fra Wikipedia) (forklaring på 10 Be og 14 C neste slide )

9 n + 14 N 14 C + p (halveringstid 5700 år) n + 14 N 10 Be + p + α (halv.tid 1.36 mill. år) Solaktivitet fra konsentrasjon av 14 C (fra Wikipedia)

10 Fra J. Kirkby (CLOUD) Galaktiske kosmiske stråler (GCR) ionisere luftmolekyler og stimulerer areosoldannelse. Har denne mekaniskmen innvirkning på Jordens klima?

11 Aerosoler er små, solide partiker eller små dråper som flyter rundt i atmosfæren. Over 50nm i størrelse er de kjerner for skydannelse (Cloud Condensation Nuclei, CCN) (*) DMS = dimetylsulfid)

12 Aerosoler i amotsfæren µm

13 molekyler slår seg sammen (nukleasjon/kjernedannelse) og blir til aerosoler. Disse koagulerer og kondenserer og blir til vanndråper. hele denne kjeden av prosesser i jordens atmosfære er ufullstendig forstått

14 Aerosolene vokser og kan etterhvert bli store nok, over 50nm, slik at de danner skyer. (Cloud Condensation Nuclei, CCN) direkte effekt indirekte effekt (flere og mindre dråper)

15 Strålingspådriv industriell tidsepoke ( IPCC 2007 ) Antropogent aerosolpådriv er dårlig forstått! Finnes det pådriv fra andre sol-varisajoner det ikke er tatt hensyn til? CLOUD

16 CLOUD-eksperimentet på CERN deltagende institutter:

17 CLOUD sett fra utsiden

18 26 m 3 elektropolert, rustfritt stålkammer med høyteknologisk indtrumentering. Alle rør i rustfritt stål.

19 CLOUD Instrumentation: (for spesialister og på engelsk for lettere å finne referanser på internett) CIMS chemical ionization mass spectrometer for H 2 SO 4 concentration, APi-TOF an atmospheric pressure interface time-of-flight mass spectrometer for molecular composition of positive and negative ions up to 2,000 Th (thomson units; CPC a condensation particle counter battery at nm thresholds (mobility diameters), a di-ethylene glycol CPC at 2.0 nm threshold, PSM a scanning particle size magnifier in the threshold range 1.3 2nm, rdma a radial differential mobility analyzer in the size range 2 10nm, SMPS a scanning mobility particle sizer in the size range about nm, NAIS a neutral cluster and air ion spectrometer, a small-ion counter Gerdien counter a trace gas analysers (O 3 and SO 2 ) PTR-TOF a proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer for organic vapour concentrations, LOPAP and PTR-MS two instruments for NH3 measurements (a long-path absorption photometer and a proton transfer reaction mass spectrometer, + chamber condition instruments (dewpoint, ultraviolet intensity, temperature and pressure

20 CLOUD fra innsiden transparent feltbureletrode fiberoptisk UVsystem sett fra nedre mannhull nedre mannhull-deksel (1 m ), magnetisk koblet blandingsvifte, gasstilførselsrør

21 NH 3 = 100 pptv RF = 35 % Typisk målesekvens

22 Resultater fra CLOUD-målingene Binær kjernedannelse (nukleasjon) av H 2 SO 4 - H 2 O finner sted ved troposferiske temperaturer (- 25 o C), MEN er neglisjerbar i grenseskiktet (5 o C & 19 o C) => tre-komponent (ternær) kjernedannelse nødvendig Sterk GCR/ion forsterknng (faktor 2-10) i alle tilfeller NH 3 (amoniakk)-tilførsel : Nukleasjonen øker med en faktor ~1000 ved 100 ppt NH 3 tilførsel Kjernedannelsen er ekstremt følsom for NH3-tilgjengelighet under 100 ppt, men er mettet over denne konsentrasjonen. Selv med amoniakktilsetning er nukleasjonsraten vesentlig lavere enn atmosfæriske observasjoner

23 Overraskende resultat: det etableres et molarforhold 1:1 H 2 SO 4 :NH 3 før 100 ppt NH 3 => dette forklarer mettelsen av kjernedannelse-raten CLOUD kaller dette overraskende 1/1 forholdet mellom H 2 SO 4 og NH 3 en base-stabiliserende nukleasjons-mekanisme Kjernedannelsen i grenseskiktet kan IKKE forklares verken ved binær (H 2 SO 4 - H 2 O ) eller ved ternær kjernedannelse med ammoniakk Selv med ione-økning er ternær NH 3 - H 2 SO 4 - H 2 O alt for lav med en faktor Binær kjernedannelse kan foregå ved lave temperaturer i den midlere troposfæren og høyere

24 Atmosfæriske implikasjoner Behandlingen av aerosoldannelsen i klimamodeller trenger en vesentlig revisjon siden de antar at kjernedannelse forårsakes av H 2 SO 4 + NH 3 + H 2 O alene. CLOUD finner at disse er utilstrekkelige med en faktor Dette betyr at ytterligere uidentifiserte damper (organiske) kontrollerer kjernedannelsen i den lavere atmosfæren. Det haster med å identifisere disse gassene Hvis gassene hovedsakelig er antropogene, har vi et nytt klimapådriv? Hvis de er hovedsakelig naturlige, => har vi en ny klima tilbakekobling som påvirker klimaets respons

25 Kosmiske stråler og klimaimplikasjoner CLOUD-observasjoner: GCR-ioner øker kjernedannelseraten med opp til en factor 10 for alle betingelsene som er studert til nå, under forutsetning av at kjernedannelsen er lavere enn grensen satt ved produksjonsraten for ionepar. Hva sier dette resultatet om kosmiske strålers innflytelse på klimaet? På dette sadiet ingenting Det bare holder muligheten åpen Hvorfor? CLOUD har ennå ikke dublisert kjernedannelseratene observert i grenseskiktet Nydannete aerosolpartikler er altfor små til å danne smådråper

26 Oppsummering Bidraget fra solvariasjoner til klimaforandringer er meget dårlig forstått CLOUD forsøker å svare på om kosmiske stråler modulert av solvinden har en viktig klimatisk effekt på skydannelse De første resultatene fra CLOUD viser at: aerosol-nukleasjon i den lavere atmosfæren er kontrollert av uidentifiserte organiske gasser (og ikke med amoniakk som tidligere antatt) sammen med svovelsyre og vann Kosmiske stråler øker nukleasjonsraten betydelig under alle forhold undersøkt så langt med opp til en faktor 10. Inntil de øvrige gassene er identifisert og deres ioneøkning og aerosolvekst til CCN-størrelse er målt, er det for tidlig å dra noen konklusjoner med tanke på klimaeffekter fra kosmiske stråler

27 Spektral variasjon av solinnstråling

28 Spektral variasjon av solinnstråling Spektral variasjon av solinnstråling Synlig innstråling er ute av fase med solaktiviteten

29 Spektral variasjon av solinnstråling Synlig innstråling er ute av fase med solaktiviteten Om bekreftet, så har solmodellene galt fortegn for strålingspådrivet: - Ved høy solaktivitet er strålingspådrivet negativt (en kjøling), og strålingspådrivet under den lille istiden var større enn i dag (en varming). -Så en annen mekanisme er nødvendig for å forklare det kalde klimaet under den lille istiden

30 Neste steg for CLOUD Studere virkningen av GCR ionisering på: Nukleasjon som involverer biogeniske gasser Nukleasjon over hele den troposferiske skalaen (ned til -80 o C) vekstrate av nylig dannete aerosoler opp til CCN-størrelse skydråper og ispartikler adiabatisk ekspansjonssystem (fra 2012)

31

32 Oppvarming? eller?