A camada de aerossol da tropopausa asiática (ATAL) está localizada entre 12 e 18 quilômetros de altura acima do Oriente Médio e da Ásia. Este acúmulo de aerossóis na monção asiática foi descoberto pela primeira vez em 2011. Sua composição e efeito, Contudo, têm sido desconhecidos até agora. Um consórcio europeu de cientistas descobriu agora que esta camada consiste em nitrato de amônio cristalino. Na câmara de nuvem AIDA, pesquisadores do clima do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) demonstraram como essa substância é formada na alta troposfera. Os resultados são relatados em Nature Geoscience .

Usando uma combinação inteligente de sensoriamento remoto, medições in situ, cálculos do modelo meteorológico, medições laboratoriais específicas, e simulações numéricas detalhadas, a equipe estudou a distribuição e composição dos aerossóis na ATAL. Os aerossóis são as menores partículas suspensas de uma variedade de fontes naturais e antropogênicas. Na atmosfera, aerossóis agem como núcleos de condensação aos quais o vapor de água gasoso se liga e, portanto, forma gotículas de nuvem. Pela primeira vez, uma aeronave de pesquisa voou pelos níveis superiores das monções asiáticas para estudar processos-chave de importância global. Os diferentes métodos e instrumentos complementaram-se para verificar os resultados medidos. Cientistas do KIT, Forschungszentrum Jülich (FZJ), Universidade Johannes Gutenberg e Instituto Max Planck de Química, ambos em Mainz, Alfred Wegener Institute, a Universidade de Wuppertal, Laboratoire de Métérologie Dynamique, Paris, e o Istituto di Scienze dell "Atmosfera e del Clima, Roma, participou.

"Surpreendentemente, detectamos nitrato de amônio cristalino como um constituinte principal em grandes partes da ATAL, "diz o Dr. Michael Höpfner da Divisão de Gases de Traço Atmosférico e Sensoriamento Remoto do Instituto de Meteorologia e Pesquisa Climática do KIT (IMK-ASF). Os resultados inesperados medidos, entre outros, pelo instrumento GLORIA do KIT e Forschungszentrum Jülich foram então confirmados por pesquisadores do clima na câmara de nuvem AIDA do KIT:"Nossos experimentos revelaram que, ao contrário da opinião prevalecente, gotículas de nitrato de amônio líquido cristalizam em partículas sólidas a menos 50 graus na presença de pequenas, principalmente poluições contendo enxofre. Essas partículas sólidas continuam a existir mesmo sob condições de temperatura e umidade da alta troposfera, "diz o Dr. Robert Wagner da Divisão de Pesquisa de Aerossóis Atmosféricos do Instituto de Meteorologia e Pesquisa Climática do KIT. Com observações de satélite, os pesquisadores de fato encontraram grandes quantidades de aerossóis de nitrato de amônio acima da Ásia. Essas observações remontam ao ano de 1997, quando a ATAL ainda não existia.

"Com isso, resolvemos o enigma de longa data da composição de ATAL, "diz Michael Höpfner. Até agora, foi considerado altamente improvável que este aerossol exista em altitudes tão elevadas, porque o gás precursor de amônia é lavado para fora da atmosfera muito rapidamente pela chuva. "Mas detectamos concentrações incomparáveis ​​de amônia durante as monções asiáticas:os valores são até cinquenta vezes maiores do que nas medições anteriores, "Höpfner acrescenta. Este amônio tem origem principalmente na agricultura, em particular da criação de lifestock e fertilização. As maiores emissões de amônia são encontradas atualmente na Ásia. Durante a monção, as massas de ar poluídas são transportadas da superfície terrestre a alturas de até 18 km. Aqui, amônia reage ao nitrato de amônio, um aerossol que influencia a formação e as propriedades das nuvens.

"É agora pela primeira vez que nossos dados provam que os aerossóis de nitrato de amônio são onipresentes na alta troposfera durante as monções asiáticas, "Höpfner diz. Esses resultados são relevantes em particular para as interações de nuvens e aerossóis, que representam uma das maiores incertezas na modelagem climática. Além disso, os resultados provam que a amônia emitida no solo tem uma grande influência nos processos na alta troposfera e potencialmente no clima asiático.

Rastreamento de amônia:o instrumento de medição GLORIA e a câmara de nuvem AIDA

A campanha da aeronave fez parte do projeto StratoClim, no qual 37 organizações científicas de onze países europeus, os EUA., Bangladesh, Índia, e o Nepal colaboram sob a direção do Instituto Alfred Wegener, Helmholtz Center for Polar and Marine Research. A aeronave de alta altitude M55-Geophysika transportou 25 instrumentos especialmente desenvolvidos para alturas acima de 20 km, cerca de duas vezes a altura normalmente alcançada por aviões. Um instrumento importante a bordo da Geophysika era o espectrômetro infravermelho GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere) medindo a distribuição de altura de uma variedade de gases traço ao longo da rota de vôo. As medições durante os voos concentraram-se principalmente na amônia, uma vez que está amplamente envolvido na formação de partículas de aerossol. GLORIA atualmente é o único instrumento que pode medir a amônia nessas alturas.

Com base nos dados medidos pelo instrumento de satélite MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) do KIT's IMK-ASF para distribuição de altura de mais de 30 gases traço entre 2002 e 2012, os cientistas pela primeira vez adquiriram a distribuição global de amônia e nitrato de amônio ao mesmo tempo. Para seus estudos, eles também usaram a instalação AIDA (Interações e Dinâmicas de Aerossol na Atmosfera) no Campus Norte do KIT. É a única instalação em todo o mundo, onde os processos de aerossol e clima podem ser estudados em condições atmosféricas. Na instalação, todas as condições de temperatura e pressão na baixa e média atmosfera podem ser simuladas.