De ljusaste solnedgångarna, molniga himlen och dagarna när alla hostar har alla något gemensamt: allt beror på aerosoler, små partiklar som svävar i luften. Aerosoler kan vara små droppar, dammpartiklar, bitar av fint svart kol och andra ämnen som flyter i atmosfären och förändrar hela planetens energibalans.
Aerosoler har en enorm inverkan på planetens klimat. Vissa, som svart och brunt kol, värmer jordens atmosfär, medan andra, som sulfatdroppar, kyler den. Forskare tror att i allmänhet kyler hela spektrumet av aerosoler så småningom planeten något. Men det är fortfarande inte helt klart hur stark denna kyleffekt är och hur mycket den fortskrider under loppet av dagar, år eller århundraden.
Vad är aerosoler?
Termen "aerosol" är en samlingspunkt för de många typer av små partiklar som är suspenderade i atmosfären, från dess yttersta kanter till planetens yta. De kan vara fasta eller flytande, oändliga eller tillräckligt stora för att kunna ses med blotta ögat.
"Primära" aerosoler, som damm, sot eller havssalt, kommer direkt från planetens yta. De lyfts upp i atmosfären av byiga vindar, svävar högt upp i luften av exploderande vulkaner eller skjuts ut ur skorstenar och bränder. "Sekundära" aerosoler bildas när olika ämnen som flyter i atmosfären - till exempel organiska föreningar som frigörs av växter, droppar av flytande syra eller andra material - kolliderar, vilket resulterar i en kemisk eller fysisk reaktion. Sekundära aerosoler skapar till exempel diset som Great Smoky Mountains i USA är uppkallade från.
Aerosoler släpps ut från både naturliga och antropogena källor. Till exempel stiger damm från öknar, torra flodstränder, torra sjöar och många andra källor. Atmosfäriska aerosolkoncentrationer stiger och faller med klimathändelser; under kalla, torra perioder i planetens historia, som den senaste istiden, fanns det mer damm i atmosfären än under varmare perioder av jordens historia. Men människor har påverkat denna naturliga cykel – vissa delar av planeten har blivit förorenade av produkterna från våra aktiviteter, medan andra har blivit överdrivet blöta.
Havssalter är en annan naturlig källa till aerosoler. De blåses ut ur havet av vind och havsstänk och tenderar att fylla de nedre delarna av atmosfären. Däremot kan vissa typer av mycket explosiva vulkanutbrott skjuta partiklar och droppar högt upp i den övre atmosfären, där de kan flyta i månader eller till och med år, svävande många miles från jordens yta.
Mänsklig aktivitet producerar många olika typer av aerosoler. Förbränning av fossila bränslen producerar partiklar som är välkända som växthusgaser – alla bilar, flygplan, kraftverk och industriella processer producerar alltså partiklar som kan ackumuleras i atmosfären. Jordbruket producerar såväl damm som andra produkter som aerosolkväveprodukter som påverkar luftkvaliteten.
Generellt sett har mänskliga aktiviteter ökat den totala mängden partiklar som flyter i atmosfären, och nu finns det ungefär dubbelt så mycket damm som det var på 19-talet. Antalet mycket små (mindre än 2,5 mikron) partiklar av ett material som vanligtvis kallas "PM2,5" har ökat med cirka 60 % sedan den industriella revolutionen. Andra aerosoler, som ozon, har också ökat, med allvarliga hälsokonsekvenser för människor runt om i världen.
Luftföroreningar har kopplats till en ökad risk för hjärtsjukdomar, stroke, lungsjukdomar och astma. Enligt några färska uppskattningar var fina partiklar i luften ansvariga för mer än fyra miljoner förtida dödsfall världen över under 2016, och barn och äldre drabbades hårdast. Hälsoriskerna från exponering för fina partiklar är störst i Kina och Indien, särskilt i stadsområden.
Hur påverkar aerosoler klimatet?
Aerosoler påverkar klimatet på två huvudsakliga sätt: genom att ändra mängden värme som kommer in i eller ut ur atmosfären, och genom att påverka hur moln bildas.
Vissa aerosoler, som många typer av damm från krossade stenar, är ljusa till färgen och reflekterar till och med svagt ljus. När solens strålar faller på dem reflekterar de strålarna tillbaka från atmosfären, vilket förhindrar denna värme från att nå jordens yta. Men denna effekt kan också ha en negativ konnotation: utbrottet av Mount Pinatubo i Filippinerna 1991 kastade in i den höga stratosfären en mängd små ljusreflekterande partiklar som motsvarade en yta på 1,2 kvadratkilometer, vilket därefter orsakade en nedkylning av planeten som inte upphörde på två år. Och vulkanutbrottet i Tambora 1815 orsakade ovanligt kallt väder i Västeuropa och Nordamerika 1816, varför det fick smeknamnet "Året utan sommar" - det var så kallt och dystert att det till och med inspirerade Mary Shelley att skriva sin gotiska text. roman Frankenstein.
Men andra aerosoler, som små partiklar av svart kol från bränt kol eller trä, fungerar tvärtom och absorberar värme från solen. Detta värmer i slutändan atmosfären, även om det kyler jordens yta genom att sakta ner solens strålar. Generellt sett är denna effekt förmodligen svagare än kylningen som orsakas av de flesta andra aerosoler – men den har verkligen en effekt, och ju mer kolmaterial som samlas i atmosfären, desto mer värms atmosfären upp.
Aerosoler påverkar också bildandet och tillväxten av moln. Vattendroppar smälter lätt samman runt partiklar, så en atmosfär rik på aerosolpartiklar gynnar molnbildning. Vita moln reflekterar inkommande solstrålar, hindrar dem från att nå ytan och värmer jorden och vattnet, men de absorberar också värmen som ständigt utstrålas av planeten och fångar den i den lägre atmosfären. Beroende på typen och placeringen av molnen kan de antingen värma omgivningen eller kyla dem.
Aerosoler har en komplex uppsättning olika effekter på planeten, och människor har direkt påverkat deras närvaro, kvantitet och distribution. Och även om klimatpåverkan är komplex och varierande, är konsekvenserna för människors hälsa tydliga: ju fler fina partiklar i luften, desto mer skadar det människors hälsa.