Si miras un Mapa de Lightning Cerca del puerto de Singapur, notarás una extraña racha de intensa iluminación Actividad justo sobre el carril de envío más ocupado del mundo. Como resultado, el rayo realmente responde a los barcos, o más bien a las pequeñas partículas que emiten.
Utilizando datos de una red global de detección de rayos, mis colegas y yo hemos estado estudiando cómo las plumas de escape de los barcos están asociadas con un aumento en la frecuencia del rayo.
Durante décadas, las emisiones de barcos aumentaron constantemente cuando el aumento del comercio global impulsó el tráfico de barcos más alto. Luego, en 2020, nuevo regulaciones internacionales Cortar las emisiones de azufre de los barcos en un 77 por ciento.
Nuestra investigación recientemente publicada muestra cómo los rayos sobre los carriles de envío cayó a la mitad casi durante la noche Después de que las regulaciones entraron en vigencia.
Ese experimento no planificado demuestra cómo las tormentas eléctricas, que pueden tener 10 millas de altura, son sensibles a la emisión de partículas que son más pequeñas que un grano de arena.
La capacidad de respuesta del rayo a la contaminación humana nos ayuda a acercarnos a comprender un misterio de larga data: ¿hasta qué punto, si alguna, ha influido en las emisiones humanas?
¿Las partículas de aerosol pueden afectar las nubes?
Partículas de aerosol, también conocidas como partículaestán en todas partes. Algunos son pateados por el viento o producidos a partir de fuentes biológicas, como bosques tropicales y boreales. Otros son generados por la actividad industrial humana, como el transporte, la quema agrícola y la fabricación.
Es difícil de imaginar, pero en un solo litro de aire, aproximadamente del tamaño de una botella de agua, hay decenas de miles de pequeños grupos suspendidos de líquido o sólido. En una ciudad contaminada, puede haber millones de partículas por litrosobre todo invisible a simple vista.
Estas partículas son un ingrediente clave en la formación de nubes. Sirven como semillas o núcleos, para que el vapor de agua condensar en gotas de nubes. Cuantas más partículas de aerosol, más gotas de nubes.
En nubes poco profundas, como las nubes de cúmulos de aspecto hinchado que puede ver en un día soleado, tener más semillas tiene el efecto de Haciendo la nube más brillanteporque el aumento en la superficie de las gotas se dispersa más luz.
Sin embargo, en las nubes de tormentas, esas gotas adicionales se congelan en cristales de hielo, lo que hace que los efectos de las partículas de aerosol en las tormentas sean difíciles de precisar. La congelación de las gotas de nubes libera el calor latente y las causas hielo a astilla.
Ese helado, combinado con las poderosas inestabilidades termodinámicas que generan tormentas, produce un sistema que es muy caótico, lo que lo hace difícil aislar cómo cualquier factor los está influyendo.
No podemos generar una tormenta eléctrica en el laboratorio. Sin embargo, podemos estudiar el experimento accidental que tiene lugar en el corredor de envío más ocupado del mundo.
Emisiones y rayos de envío
Con motores que a menudo tienen tres pisos de altura y quemados combustible viscosolos barcos que viajan dentro y fuera de los puertos emiten grandes cantidades de partículas de hollín y azufre.
Los carriles de envío cerca del puerto de Singapur son los más altamente traficados del mundo, aproximadamente el 20 por ciento El aceite de bunkering del mundo, utilizado por los barcos, se compra allí.
Para limitar la toxicidad a las personas cerca de los puertos, el Organización marítima internacional – Una agencia de las Naciones Unidas que supervisa las reglas y la seguridad de envío – comenzó a regular las emisiones de azufre en 2020.
En el puerto de Singapur, Las ventas de combustible alto en azufre se desplomarondesde casi el 100 por ciento del combustible del barco antes de la regulación al 25 por ciento después, reemplazado por combustibles bajos en el sulfo.
Pero, ¿qué tienen que ver las emisiones de envío con los rayos?
Los científicos han propuesto una serie de hipótesis para explicar la correlación entre los rayos y la contaminación, todos los cuales giran en torno al quid de Electrificar una nube: Colisiones entre cristales de hielo con forma de copo de nieve y trozos de hielo más densos.
Cuando los cristales de hielo cargados y livianos se elevan a medida que cae el hielo más denso, la nube se vuelve un condensador giganteconstruyendo energía eléctrica a medida que los cristales de hielo salen entre sí. Finalmente, ese condensador descarga y sale un rayo, cinco veces más caliente que la superficie del sol.
Creemos que, de alguna manera, están generando las partículas de aerosol de las chimeneas de los barcos Más cristales de hielo o colisiones más frecuentes en las nubes.
En nuestro último estudio, mis colegas y yo describimos cómo el rayo sobre el carril de envío cayó en aproximadamente un 50 por ciento después de 2020. No hubo otros factores, como Las influencias de El Niño o cambios en la frecuencia de tormentas eléctricas, eso podría explicar la caída repentina en la actividad del rayo. Llegamos a la conclusión de que la actividad del rayo había caído debido a la regulación.
La reducción del azufre en los combustibles del barco significó menos semillas para la condensación de gotas de agua y, como resultado, menos colisiones de carga entre los cristales de hielo. En última instancia, ha habido menos tormentas que están suficientemente electrificadas para producir un rayo.
¿Qué sigue?
Menos rayos no necesariamente significa menos lluvia o menos tormentas.
Todavía hay mucho que aprender sobre cómo los humanos han cambiado las tormentas y cómo podríamos cambiarlas en el futuro, intencionalmente o no.
¿Las partículas de aerosol realmente vigoran las tormentas en general, creando un movimiento vertical más extenso y violento? ¿O son los efectos de los aerosoles específicos de las idiosincrasias de la generación de rayos? ¿Han los humanos alterados la frecuencia de los rayos a nivel mundial?
Mis colegas y yo estamos trabajando para responder estas preguntas. Esperamos que al comprender los efectos de las partículas de aerosol en los rayos, la precipitación de tormentas eléctricas y el desarrollo de la nubes, podamos predecir mejor cómo responderá el clima de la Tierra a medida que las emisiones humanas continúen fluctuando.
Chris WrightMiembro de la ciencia atmosférica, programa en Cambio climático, Universidad de Washington
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