Arktik balon örnekleri okyanustan bulut oluşturan yüksekliklere kadar deniz şekerlerinin izini sürüyor

Denizden gelen tuz ve şeker serbest troposfere kadar yükselerek hem bulut oluşumunu hem de Arktik iklimi etkileyebilir. Bu, bir araştırma ekibi tarafından Spitsbergen’de 2021 sonbaharı ve 2022 baharında gerçekleştirilen balon ölçümlerinin bulgusudur.

Kuzey Kutbu’nun giderek buzsuz hale gelmesiyle birlikte, deniz suyundan gelen bu bulut oluşturan bileşenlerin giderek daha fazlası atmosfere girebilir ve radyasyon bütçesini etkileyebilir. Araştırmacılar dergide, yeni bulguların Kuzey Kutbu’nda ortalamanın üzerinde ısınmaya yol açan karmaşık etkileşimlerin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunduğunu belirtiyor. Atmosfer Kimyası ve Fiziği.

Leibniz Troposferik Araştırma Enstitüsü (TROPOS) tarafından yürütülen çalışmaya aynı zamanda Köln Üniversitesi, Alfred Wegener Enstitüsü, Helmholtz Kutup ve Deniz Araştırmaları Merkezi (AWI), Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü, Oldenburg Üniversitesi ve Bremen Üniversitesi’nden araştırmacılar da katıldı.

Leipzig Üniversitesi öncülüğünde 2016 yılından bu yana Kuzey Kutbu’ndaki iklim değişikliğini araştıran Alman Araştırma Vakfı’nın (DFG) Transregios 172 programının bir parçasını oluşturuyor.

Deniz serpintisinin artan iklim rolü

Kuzey Kutbu’nun merkezi, yazın giderek artan açık su alanlarına sahip, kışın deniz buzuyla kaplı bir okyanustur. Sonuç olarak, deniz spreyi aerosol (SSA) parçacıkları, bu bölgede bulut oluşumunun ana kaynağı olduğundan iklimde önemli bir rol oynamaktadır. Küresel ısınma yoğunlaştıkça ve deniz buzları çekildikçe denizden gelen bu parçacıkların önemi daha da artacaktır.

Bu parçacıklar deniz suyundan dalgaların kırılması ve hava kabarcıklarının patlamasıyla yukarıdaki havaya salınır. Belirli meteorolojik koşullar altında atmosfere doğru daha da yükselebilirler. Sodyum ve klorür gibi inorganik deniz tuzu iyonları ile yüzey filmi ve alttaki deniz suyundan kaynaklanan organik maddelerden oluşurlar. Organik materyal ayrıca deniz karbonhidratlarını da içerir.

Bu şeker benzeri bileşiklerin çoğu, algler ve bakteriler tarafından üretilip salınan karmaşık, oldukça dallanmış polisakkaritlerdir. 2025 yılında, laboratuvar ve saha verilerini kullanan bir TROPOS çalışması, deniz spreyi parçacıklarının buz oluşturma aktivitesinin, içerdikleri polisakkaritlerden önemli ölçüde etkilendiğine dair kanıt sağladı.

Model simülasyonları, deniz polisakkaritlerinin buz çekirdekleştirici aktivitesinin, karasal buz çekirdekleyici parçacıkların katkısının çok az olduğu veya hiç bulunmadığı uzak okyanus bölgelerinde -20°C ila -15°C sıcaklık aralığında özellikle önemli olduğunu gösterdi. Buz oluşturucu aerosol parçacıkları bulutlarda buz oluşumunu teşvik eder ve böylece onların ışınım özelliklerini ve çökelme oluşumunu etkiler.

Yukarıda eksik bir manzara

Her ne kadar deniz suyundaki bu şekerlerin önemi artık araştırmalarda kabul edilse de, şu ana kadar bunların atmosferin üst katmanlarındaki varlığını doğrulayan bir ölçüm eksikliği mevcut.

Deniz seviyesinde gemi bazlı ölçümlerin yanı sıra, dağ zirvelerinde sadece birkaç ölçüm yapıldı ve mobil platformlar kullanılarak dikey olarak çözümlenen ölçümler şimdiye kadar hiç yapılmadı. Sonuç olarak, denizdeki şekerlerin atmosfer üzerindeki etkisinin gerçekte ne kadar önemli olduğu belirsizliğini korudu.

Spitsbergen üzerinde balon örnekleri

Alman kutup araştırmacıları artık bu boşluğu doldurdu. 2021 sonbaharında ve 2022 ilkbaharında, dünyanın en kuzeyindeki kalıcı yerleşim yeri olan Spitsbergen’deki Ny-Ålesund yakınlarında 300 ila 1.000 metre (980 ila 3.280 fit) rakımlarda hava örnekleri topladılar. Filtre örnekleri daha sonra TROPOS laboratuvarlarında Ny-Ålesund yakınlarındaki Kongsfjorden’deki okyanustan deniz suyu ve yüzey filmi örnekleriyle birlikte analiz edildi.

Keşif gezisinin aerosol ve su ölçümlerinden Dr. Sebastian Zeppenfeld ile birlikte sorumlu olan TROPOS’tan Dr. Manuela van Pinxteren şöyle açıklıyor: “Yer seviyesinde ve çeşitli yüksekliklerde alınan aerosol ölçümlerini Kongsfjorden’den alınan su örnekleriyle birleştirmek, ilk kez deniz şekerlerinin okyanustan atmosfere taşınmasını doğrudan izlememize olanak sağladı.”

Hava örnekleri TROPOS’tan BELUGA bağlı balonla toplandı. Temmuz 2020’de, 12 metre uzunluğunda (39 fit uzunluğunda), 90 metreküp (24.000 galon) helyum balonu, Alfred Wegener Enstitüsü tarafından işletilen Alman araştırma buzkıran Polarstern’in bir yıl boyunca Kuzey Kutbu’nun merkezinde sürüklendiği MOSAiC keşif gezisinde zaten konuşlandırılmıştı.

Şekerler bulutlarda da oluşabilir

Ayrıca, son laboratuvar ve saha gözlemleri, atmosferde kimyasal ve biyolojik faaliyetlerin tetiklediği moleküler bir dönüşümün veya bu şekerlerin ilave oluşumunun meydana geldiğini göstermektedir.

“Çok nemli koşullarda, özellikle yağışlı bulutlarda, bu şekerlerin oluşumunu doğrudan atmosferde de gözlemleyebildik, bu da havadaki mikroorganizmaların metabolizmasıyla bağlantılı olabilir. Bunlar, atmosferdeki şekerlerin yalnızca denizden kaynaklanmadığının, bulutların içindeki biyolojik süreçlerle de üretilebileceğinin ilk göstergeleridir.

Zeppenfeld, “Dikey taşınma kanıtlarıyla birlikte, denizdeki organik maddenin Arktik iklim sisteminde önceden varsayıldığından çok daha dinamik bir rol oynadığını gösteriyor. Bu nedenle atmosfer, uzun zamandır düşündüğümüzden çok daha canlı” diye bitiriyor.

Bulut efektleri yüzeyin ötesine uzanıyor

Bu şekerlerin bulut oluşumuyla ilgili yüksekliklere taşınmasının bulut mikrofiziği açısından sonuçları vardır. Kuzey Kutbu’nun ısınması ve deniz buzunun azalmasıyla birlikte denizden gelen şekerin önemi daha da artacak.

Henüz Antarktika’dan karşılaştırılabilir ölçümler olmadığından BELUGA ekibi, Güney Okyanusu’ndan da veri toplamak için Antarktika-Insync’in bir parçası olarak 2028 Polarstern keşif gezilerini kullanmayı planlıyor.