In een rare truc van de natuurkunde kan microplasticvervuiling het weer beïnvloeden

Wolken ontstaan ​​wanneer waterdamp – een onzichtbaar gas in de atmosfeer – zich hecht aan kleine zwevende deeltjes, zoals stof verandert in vloeibare waterdruppels of ijskristallen. In een nieuw gepubliceerd onderzoek laten we dat zien microplasticdeeltjes kunnen dezelfde effecten hebbenwaarbij ijskristallen worden geproduceerd bij temperaturen die 5 tot 10 graden Celsius (9 tot 18 graden Fahrenheit) warmer zijn dan druppels zonder microplastics.

Dit suggereert dat microplastics in de lucht het weer en het klimaat kunnen beïnvloeden door wolken te produceren onder omstandigheden waarin ze zich anders niet zouden vormen.

Wij zijn sfeervol scheikundigen die bestuderen hoe verschillende soorten deeltjes ijs vormen als ze in contact komen met vloeibaar water. Dit proces, dat voortdurend in de atmosfeer plaatsvindt, heet nucleatie.

Wolken in de atmosfeer kunnen bestaan ​​uit vloeibare waterdruppels, ijsdeeltjes of een mengsel van de twee. In wolken in het midden tot de hogere atmosfeer, waar de temperatuur tussen 32 en min 36 F (0 tot min 38 C) ligt, vormen zich normaal gesproken ijskristallen rond minerale stofdeeltjes uit droge bodems of biologische deeltjes, zoals pollen of bacteriën.

Microplastics zijn minder dan 5 millimeter breed – ongeveer zo groot als een potloodgom. Sommige zijn microscopisch klein. Wetenschappers hebben ze gevonden de Antarctische diepzeede top van de Mount Everest En verse Antarctische sneeuw. Omdat deze fragmenten zo klein zijn, kunnen ze gemakkelijk worden gevonden in de lucht vervoerd.

Plastiek Op Ijs

IJs in wolken heeft belangrijke effecten op het weer en klimaat, omdat de meeste neerslag doorgaans valt begint als ijsdeeltjes.

Veel wolkentoppen in niet-tropische zones over de hele wereld strekken zich zo hoog in de atmosfeer uit dat koude lucht ervoor zorgt dat een deel van hun vocht bevriest. Zodra er zich ijs vormt, ontstaat er ijs trekt waterdamp aan van de vloeistofdruppeltjes eromheen, en de kristallen worden zwaar genoeg om te vallen. Als er geen ijs ontstaat, hebben wolken de neiging te verdampen in plaats van regen of sneeuwval te veroorzaken.

Terwijl kinderen op de basisschool leren dat water bevriest bij 32 F (0 C), is dat niet altijd waar. Zonder iets om op te kiemen, zoals stofdeeltjes, water kan onderkoeld zijn tot temperaturen zo laag als minus 36 F (minus 38 C) voordat het vriest.

Om bevriezing bij hogere temperaturen te voorkomen, moet er een soort materiaal in de druppel aanwezig zijn dat niet in water oplost. Dit artikel biedt een oppervlak waar het eerste ijskristal zich kan vormen. Als er microplastics aanwezig zijn, kunnen ze ijskristallen veroorzaken, waardoor de regen- of sneeuwval kan toenemen.

Wolken ook weer en klimaat beïnvloeden op verschillende manieren. Ze reflecteren binnenkomend zonlicht weg van het aardoppervlak, wat een verkoelend effect heeft, en absorberen een deel van de straling die door het aardoppervlak wordt uitgezonden, wat een opwarmend effect heeft.

De hoeveelheid gereflecteerd zonlicht is afhankelijk van hoeveel vloeibaar water versus ijs een wolk bevat. Als microplastics de aanwezigheid van ijsdeeltjes in wolken vergroten in vergelijking met vloeibare waterdruppels, zou deze veranderende verhouding het effect van wolken op de energiebalans van de aarde kunnen veranderen.

Hoe wij ons werk deden

Om te zien of microplasticfragmenten zouden kunnen dienen als kernen voor waterdruppels, hebben we vier van de meest voorkomende soorten plastics in de atmosfeer gebruikt: polyethyleen met lage dichtheid, polypropyleen, polyvinylchloride en polyethyleentereftalaat. Ze werden allemaal getest in onberispelijke staat en na blootstelling aan ultraviolet licht, ozon en zuren. Deze zijn allemaal aanwezig in de atmosfeer en kunnen de samenstelling van de microplastics beïnvloeden.

We hebben de microplastics in kleine waterdruppeltjes gesuspendeerd en koelde de druppels langzaam af om te observeren wanneer ze bevroor. We hebben ook de oppervlakken van de plastic fragmenten geanalyseerd om hun moleculaire structuur te bepalen, omdat de vorming van ijs zou kunnen afhangen van de oppervlaktechemie van de microplastics.

Bij de meeste kunststoffen die we hebben onderzocht, was 50% van de druppels bevroren tegen de tijd dat ze waren afgekoeld tot min 8 F (minus 22 C). Deze resultaten lopen parallel met die uit een ander recent onderzoek van Canadese wetenschappers, die ook ontdekten dat sommige soorten microplastics voorkomen kiemvormig ijs bij warmere temperaturen dan druppels zonder microplastics.

Blootstelling aan ultraviolette straling, ozon en zuren had de neiging de ijskiemvormingsactiviteit op de deeltjes te verminderen. Dit suggereert dat ijskiemvorming gevoelig is voor kleine chemische veranderingen op het oppervlak van microplasticdeeltjes. Deze kunststoffen vormen echter nog steeds ijskernen, waardoor ze nog steeds de hoeveelheid ijs in wolken kunnen beïnvloeden.

Wat is nog steeds niet bekend

Om te begrijpen hoe microplastics het weer en het klimaat beïnvloeden, moeten we hun concentraties kennen op de hoogten waar wolken zich vormen. We moeten ook de concentratie van microplastics begrijpen in vergelijking met andere deeltjes die ijs kunnen veroorzaken, zoals mineraalstof en biologische deeltjes, om te zien of microplastics in vergelijkbare niveaus aanwezig zijn. Met deze metingen kunnen we de impact van microplastics op wolkenvorming modelleren.

Plastic fragmenten zijn er in vele maten en samenstellingen. In toekomstig onderzoek willen we werken met kunststoffen die additieven bevatten, zoals weekmakers en kleurstoffen, maar ook met kleinere plasticdeeltjes.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Het gesprek door Heidi Busse en Miriam Freedman bij Penn-staat. Lees de origineel artikel hier.