Hvordan opstår skyer?

Skyer findes i mange forskellige faconer og formationer, svævende på himlen over os. Skyer kommer og går, og de er kilde til både regn og sne.

De har også interesseret mennesker i tusindvis af år, men alligevel er vores viden om skyer ufuldstændig.

I vores forskningscenter er vi fascinerede af skyer, for de har stor indflydelse på vores liv, og ikke kun i forhold til om vi skal huske paraplyen, næste gang vi skal ud.

Omkring to tredjedele af himlen er dækket af skyer, og skyer påvirker i meget høj grad Jordens klima.

Derfor er det vigtigt at have en god videnskabelig forståelse af skyer og de indvirkninger, de har på kloden, når man vil forudsige klimaet.

Men hvordan opstår skyer egentlig? Her er, hvad vi ved – indtil nu.

Vi skal bruge fugtig luft og skydannelseskerner

Vi (forskningscentret C3) fokuserer på atmosfærens nederste lag (troposfæren).

Her dannes skyer i områder, hvor der er lidt over 100 procent luftfugtighed, og hvor der er kerner for dannelsen af skydråber eller iskrystaller til stede.

Forskelle i temperatur, for eksempel når luft stiger op og bliver afkølet, gør, at luften kan blive mættet med vanddamp og endda overmættet.

En del af vandmolekylerne vil kondensere, altså de vil gå fra at være på gasform til at findes som dråber eller iskrystaller.

For at vandmolekylerne kan kondensere i atmosfæren, har de imidlertid brug for en overflade, hvorpå de kan sætte sig. Det er her skydannelseskerner kommer ind i billedet.

Skydannelseskerner er bittesmå aerosolpartikler, der svæver rundt i luften omkring os og bidrager med den nødvendige overflade til, at vandmolekylerne har noget at kondensere på.

Aerosolpartikler virker som kerner for skydannelse

Partiklerne vokser, når de optager vand, og bliver til skydråber eller iskrystaller. Skyer findes således enten som rene skydråbe-skyer, rene is-skyer eller som en blanding heraf.

Partikler i luften kaldes på fagsprog for aerosolpartikler. Der findes både primære og sekundære aerosolpartikler, og nogle af disse kan fungere som skydannelseskerner.

Aerosolpartikler kan udledes direkte til luften fra eksempelvis bølger, der brydes på havets overflade og skaber havsprøjt, vulkanudbrud, støv der hvirvles op eller fra forbrændingsprocesser, som i en motor. Disse typer af aerosolpartikler kaldes primære.

De sekundære aerosolpartikler dannes i atmosfæren fra molekyler, vi klassificerer som flygtige forbindelser.

Sekundære aerosolpartikler stammer fra organiske molekyler, der blandt andet udsendes fra planter, eksempelvis α-pinen, som er et af de molekyler, der udsendes fra grantræer.

Fra molekyle til partikel

Når α-pinen, der er et flygtigt organisk molekyle, kommer ud i luften, reagerer det lynhurtigt med radikaler og reaktive molekyler, som for eksempel ozon.

Reaktive molekyler og radikaler findes naturligt i luft, men mængden kan ændres på grund af luftforurening.

De reaktive radikaler og molekyler kan starte en kæde af kemiske reaktioner, som leder til dannelsen af nye molekyler. Molekylerne ændrer egenskaber gennem de mange kemiske reaktioner.

På vores center fokuserer vi på de organiske molekyler, som omdannes til mindre flygtige stoffer via kemiske reaktioner og dermed bliver mere tilbøjelige til at skifte fase og gå fra at være på gasfase til at være på væske eller fast form.

Sådanne molekyler kan enten blive optaget i partikler blandet andet ved at kondensere på eksisterende aerosolpartikler eller selv bidrage til at danne nye aerosolpartikler.

Der kan altså dannes aerosolpartikler, når flygtige organiske molekyler reagerer kemisk (oxideres) i luft.

Hvad er en god skydannelseskerne?

Ikke alle aerosolpartikler virker lige godt som kerner for dannelsen af vanddråber eller iskrystaller og dermed for dannelsen af skyer.

Vi kigger først på dannelsen af skydråber. De to vigtigste egenskaber for, at en aerosolpartikel er en god kerne for dannelsen af en skydråbe, er partiklens størrelse og kemiske sammensætning.

Partiklen skal have opnået en vis størrelse, og den skal helst indeholde stoffer, som er opløselige i vand. På den måde kan den nemlig optage vand og blive til en skydråbe under de rette betingelser i atmosfæren.

Forestil dig en lille aerosolpartikel lavet af olie, der svæver i luften – olie og vand kan ikke blandes – og derfor vil en oliepartikel ikke være særlig god til at optage vand og danne skydråber.

Forestil dig nu, at du hælder salt i vand – det forsvinder hurtigt, fordi det opløses i vandet. En saltpartikel opløses nemt i vand og virker derfor bedre som kerne for dannelsen af skydråber end en oliepartikel af samme størrelse.

Hvor kommer saltet i luften fra?

Har vi overhovedet salt svævende rundt om os?

Ja! Når man går en tur langs stranden, kan man ofte smage salt i luften. Det skyldes, at salt fra havet kommer op i luften som det kan ses på billedet.

Hvis der er kraftig vind, kan man faktisk se dråber af havsprøjt blive dannet med det blotte øje: Vinden skaber store bølger, og når den suser hen over bølgernes top, slynges havvand op i luften.

Der bliver også dannet partikler af havsprøjt, når bølger brydes. Ved denne proces kommer store mængder luft ned under havoverfladen.

Denne luft stiger op som små bobler, og når de når havets overflade, springer de i stykker, og der frigives mange bittesmå havsprøjtspartikler til luften. Disse havsprøjtspartikler kan indeholde salt.

Vores viden slipper op

Udover at aerosolpartikler skal have en vis størrelse og gerne indeholde stoffer, der let kan opløses i vand, så ved forskerne endnu ikke med sikkerhed alt om, hvilke andre egenskaber der er vigtige for, at aerosolpartikler virker som kerner for dannelsen af skydråber.

Når det kommer til dannelsen af iskrystaller, som skyer også består af, ved vi endnu mindre.

Videnskaben har kun lige kradset i overfladen på spørgsmålet om, hvordan isskyer og skyer som indeholder både vanddråber og iskrystaller bliver til og udvikler sig i atmosfæren.

På Center for Chemistry of Clouds (C3) er vi optagede af, hvordan skyer opstår på molekylært niveau.

Det er i sig selv spændende, men kan også give os en bedre forståelse af vores klima.

Hvis du også kunne tænke dig at blive klogere på skyer, og ikke mindst hvordan de påvirker klimaet, så læs med i vores kommende artikel: ’I et særligt kammer på Aarhus Universitet genskaber forskere atmosfæren. Hvorfor?’.