La capa de aerosol de la tropopausa asiática (ATAL) se encuentra entre doce y 18 kilómetros de altura sobre Oriente Medio y Asia. Esta acumulación de aerosoles en el monzón asiático se descubrió por primera vez en 2011. Su composición y efecto, sin embargo, han sido desconocidos hasta ahora. Un consorcio europeo de científicos ha descubierto que en esta capa se compone de nitrato de amonio cristalino. En la cámara de niebla de AIDA, Los investigadores climáticos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) demostraron cómo se forma esta sustancia en la troposfera superior. Los resultados se informan en Naturaleza Geociencia .

Usando una combinación inteligente de teledetección, mediciones in situ, cálculos de modelos meteorológicos, mediciones de laboratorio específicas, y simulaciones numéricas detalladas, el equipo estudió la distribución y composición de aerosoles en el ATAL. Los aerosoles son las partículas suspendidas más pequeñas de una variedad de fuentes naturales y antropogénicas. En la atmósfera, Los aerosoles actúan como núcleos de condensación a los que se adhiere el vapor de agua gaseoso y, por lo tanto, forma gotitas de nubes. Por primera vez, un avión de investigación sobrevoló los niveles superiores del monzón asiático para estudiar procesos clave de importancia mundial. Los diferentes métodos e instrumentos se complementaron entre sí para verificar los resultados medidos. Científicos de KIT, Forschungszentrum Jülich (FZJ), Universidad Johannes Gutenberg e Instituto Max Planck de Química, ambos en Mainz, Instituto Alfred Wegener, la Universidad de Wuppertal, Laboratoire de Métérologie Dynamique, París, y el Istituto di Scienze dell "Atmosfera e del Clima, Roma, participó.

"Asombrosamente, detectamos nitrato de amonio cristalino como componente principal en gran parte del ATAL, "dice el Dr. Michael Höpfner de la División de Detección Remota y Gases Traza Atmosféricos del Instituto de Investigación Meteorológica e Investigación del Clima de KIT (IMK-ASF). Los resultados inesperados medidos, entre otros, por el instrumento GLORIA de KIT y Forschungszentrum Jülich fueron luego confirmados por investigadores climáticos en la cámara de niebla AIDA de KIT:"Nuestros experimentos revelaron que, contrariamente a la opinión predominante, Las gotas de nitrato de amonio líquido cristalizan en partículas sólidas a menos 50 grados en presencia de pequeñas partículas. principalmente contaminaciones que contienen azufre. Estas partículas sólidas continúan existiendo incluso en las condiciones de temperatura y humedad de la troposfera superior, "dice el Dr. Robert Wagner de la División de Investigación de Aerosoles Atmosféricos del Instituto de Investigación Meteorológica e Investigación del Clima de KIT. Con observaciones satelitales, de hecho, los investigadores encontraron grandes cantidades de aerosoles de nitrato de amonio por encima de Asia. Estas observaciones se remontan al año 1997 cuando se suponía que ATAL aún no existía.

"Con este, hemos resuelto el antiguo rompecabezas de la composición de ATAL, "dice Michael Höpfner. Hasta ahora, Se ha considerado muy improbable que este aerosol exista a altitudes tan elevadas, porque el gas amoniaco precursor es eliminado de la atmósfera muy rápidamente por la lluvia. "Pero detectamos concentraciones de amoníaco incomparables durante el monzón asiático:los valores son hasta cincuenta veces más altos que en mediciones anteriores, ", Añade Höpfner. Este amonio procede principalmente de la agricultura, en particular de la cría de ganado y la fertilización. Las mayores emisiones de amoníaco se encuentran actualmente en Asia. Durante el monzón, Las masas de aire contaminadas se transportan desde la superficie terrestre a alturas de hasta 18 km. Aquí, el amoniaco reacciona con el nitrato de amonio, un aerosol que influye tanto en la formación como en las propiedades de las nubes.

"Ahora es la primera vez que nuestros datos demuestran que los aerosoles de nitrato de amonio son omnipresentes en la troposfera superior durante el monzón asiático, ", Dice Höpfner. Estos resultados son relevantes en particular para las interacciones de nubes y aerosoles, que representan una de las mayores incertidumbres en la modelización climática. Es más, Los hallazgos demuestran que el amoníaco emitido en el suelo tiene una gran influencia en los procesos en la troposfera superior y potencialmente en el clima asiático.

Seguimiento del amoníaco:el instrumento de medición GLORIA y la cámara de nube AIDA

La campaña de aviones fue parte del proyecto StratoClim en el que 37 organizaciones científicas de once países europeos, los Estados Unidos., Bangladesh, India, y Nepal colaboran bajo la dirección del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigaciones Polares y Marinas. El avión de gran altitud M55-Geophysika llevó 25 instrumentos especialmente desarrollados a alturas superiores a 20 km, aproximadamente el doble de la altura que suelen alcanzar los aviones. Un instrumento importante a bordo de Geophysika fue el espectrómetro infrarrojo GLORIA (Observador de extremidades con cardán para la obtención de imágenes radiantes de la atmósfera) que medía la distribución de altura de una variedad de gases traza a lo largo de la trayectoria de vuelo. Las mediciones durante los vuelos se concentraron principalmente en amoníaco, ya que participa en gran medida en la formación de partículas de aerosol. GLORIA es actualmente el único instrumento que puede medir el amoníaco a estas alturas.

Basado en los datos medidos por el instrumento satelital MIPAS (Interferómetro de Michelson para Sondeo Atmosférico Pasivo) del IMK-ASF de KIT para la distribución en altura de más de 30 gases traza entre 2002 y 2012, los científicos adquirieron por primera vez la distribución global de amoníaco y nitrato de amonio al mismo tiempo. Para sus estudios, también utilizaron las instalaciones de AIDA (interacciones y dinámica de aerosoles en la atmósfera) en el campus norte de KIT. Es la única instalación en todo el mundo, donde se pueden estudiar los procesos climáticos y de aerosoles en condiciones atmosféricas. En la instalación, Se pueden simular todas las condiciones de temperatura y presión en la atmósfera baja y media.