Växter släpper ut kemiska föreningar som påverkar moln och via dem klimatet på vår jord. Den här kedjan av händelser undersöker forskare i ett projekt som omfattar fältförsök i svensk barrskog och tropisk regnskog såväl som teoriutveckling, med målet att förbättra våra klimatmodeller.
Projektanslag 2022
Feedbacks between a changing climate and vegetation
Huvudsökande:
Ilona Riipinen, professor i atmosfärsvetenskap
Medsökande:
Stockholms universitet
Annica Ekman
Radovan Krejci
Paul Zieger
Lärosäte:
Stockholms universitet
Beviljat anslag:
31,1 miljoner kronor under fem år
Molnen hopar sig på himlen utanför Geovetarhuset vid Stockholms universitet. Regnet hänger i luften. Passande – för här inne undersöker forskare processer som påverkar hur moln bildas, något som har stor betydelse för vårt klimat.
Det här hänger ihop med växterna som finns på jordens yta. Gröna växter tar upp växthusgasen koldioxid från atmosfären, men de påverkar också klimatet på ett annat, mindre studerat sätt.
Skogen påverkar molnen
Växter släpper nämligen ut en typ av kolbaserade molekyler som kallas lättflyktiga organiska föreningar, volatile organic compounds, voc. Doften av gran när du går i en skog kommer till exempel från sådana molekyler.
– Växterna använder de här föreningarna för att försvara sig mot insekter och för att kommunicera. Men vi är intresserade av dem för att de fungerar som byggstenar för moln och därmed är viktiga ur ett klimatperspektiv, säger Ilona Riipinen, som leder projektet och är professor i atmosfärsvetenskap vid Stockholms universitet.
Moln spelar en stor roll för temperaturen på jorden. De kan reflektera solens strålar så att de inte når jordens yta och hindra jordens värme från att nå ut i rymden.
När voc-molekylerna som växterna släpper ut når atmosfären reagerar de lätt med så kallade oxidanter och bildar små luftburna partiklar; aerosoler. Aerosoler kan beskrivas som frön för moln – de påverkar både hur många molndroppar som bildas och hur ljusa molnen är. Ljusheten styr i sin tur hur bra molnen reflekterar solens ljus.
– Även ganska små ändringar i molnens reflekterande förmåga kan göra stor påverkan på energibalansen och klimatet. Växternas voc-utsläpp och aerosolhalter i luften är en viktig del i det, men fortfarande är osäkerheterna stora, säger Ilona Riipinen och fortsätter:
– För att få exakta siffror på hur många graders uppvärmning vi har att vänta på jorden vid en viss ökning av koldioxidutsläppen, behöver vi veta mer om hur moln och aerosolpartiklar bildas och påverkas. Det ska vårt projekt bidra till.
Dagens klimatmodeller bygger på grova förenklingar när det gäller voc-utsläpp och aerosolbildning, om de alls tas med, konstaterar Ilona Riipinen. Det vill projektet ändra på. I gruppen finns både teoretiska och experimentella forskare, som tillsammans ska undersöka hela kedjan från voc-utsläpp, via aerosolbildning och molnbildning till klimatpåverkan.
Luftmätningar i barrskog
I labbet visar Ilona Riipinen ett mätinstrument som utgör hjärtat i projektets experimentella del, en masspektrometer. Den är tung, men fullt möjlig att ta med ut i fält. Med den går det att separera molekyler i ett luftprov efter vikt och ta reda på vilka partiklar och hur mycket av dem, luften innehåller.
– Det är tekniskt utmanande mätningar. Styrkan i vår grupp är att vi har både teoretisk och storskalig klimatkunskap att föra samman med teknisk experimentell kunskap.
Forskarna kommer bland annat att mäta och karaktärisera voc-utsläpp vid fältstationer i tropisk skog i Brasilien och Panama och i barrskogen i Sverige, som ingår i det så kallade boreala skogsekosystemet som löper över norra halvklotet.
– Det är de två största skogstyperna på jorden. Men de är också vetenskapligt intressanta att jämföra: de bildar olika sorters voc-föreningar och förloppen är mer dynamiska och snabbare i tropiska skogar.
Gruppen kommer också att göra mätningar i samband med skogsavverkning i Sverige.
Testar på tropiska växter
En viktig del av det praktiska arbetet utförs i experimentella växthus i Panama. Där kan forskarna utsätta tropiska skogsplantor för förhöjda koldioxidhalter och höjd temperatur och sedan undersöka vilka partiklar växterna släpper ut. Resultaten ger en glimt in i framtiden – de visar hur voc-utsläppen förändras när klimatet blir varmare och koldioxidnivån i luften högre.
– Där kan vi också testa, med kontrollerade experiment, hur korrekta uppskattningarna av voc-utsläpp i dagens klimatmodeller egentligen är.
Forskarna ska också ta luft från de experimentella växthusen, tillsätta oxiderande ämnen och mäta bildningen av aerosolpartiklar.
Långa mätserier
Ofta använder forskarna i projektet existerande forskningsinfrastruktur, som växthusen i Panama, och kopplar sina mätmetoder till dem. De drar också nytta av befintliga mätningsnätverk, till exempel nätverket ACTRIS, som på ett standardiserat sätt mäter aerosolpartiklar och moln vid mätstationer runt om i Europa.
På en datorskärm visar Ilona Riipinen diagram som illustrerar hur vätskeflödet i träd i olika skogstyper, påverkas av fukten i jorden och luften där träden växer. Diagrammen är baserade på öppet tillgänglig data inhämtade under långa tidsperioder – en betydelsefull informationskälla för projektet.
– Det ger oss både inspiration och sammanhang för våra egna mer specifika experiment. Här handlar det om att försöka se hur vätskeflödet i träden är kopplade till deras voc-utsläpp.
Ilona Riipinen vill att projektet ska bidra till bättre förståelse av vatten- och kolkretslopp i skogsmiljöerna och deras betydelse för klimatet. De experimentella data som forskarna samlar in används för att utforma bättre teoretiska beskrivningar som sedan kan användas i globala klimatmodeller.
– Jag hoppas att vi kan bidra till att förbättra klimatmodellernas förutsägelser av moln och nederbörd. Det är jätteviktigt sett till konsekvenserna för livet på jorden, säger Ilona Riipinen.
Text Sara Nilsson
Bild Magnus Bergström
