Ny kunskap om hur moln bildas

När man konstruerar modeller för klimatförändringar finns en stor osäkerhetsfaktor, nämligen hur molnen inverkar. I klimatrapporten från 2007 påpekar FN:s klimatpanel (IPCC) att ny kunskap behövs inom området. Moln kan nämligen fungera på två sätt, både som en spegel som skickar tillbaka strålning från solen ut i rymden och som en filt som håller kvar den värme jordytan avger. Att kartlägga hur moln bildas och upplöses kan därför vara en nyckel i klimatforskningen.
– Ett viktigt steg är att förstå grundläggande egenskaper hos de partiklar som ingår, säger Erika Sundén som är doktorand vid Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet.

Ammoniak kan spela viktig roll
I sin forskning har hon studerat små partiklar som innehåller mellan tre och 300 molekyler, så kallade kluster. Dels har hon undersökt hur vattenkluster avger överskottsenergi, vilket ger kunskap om hur vattendroppar växer sig större och hur de evaporerar, alltså övergår från is eller vattendroppar till gasform. Dels har hon studerat hur klustren påverkas av ammoniak, som är ett viktigt ämne i atmosfären.
– Jag undersökte vattenkluster med en liten del ammoniak och jämförde dem med rena vattenkluster. Då kunde jag se att ammoniak gjorde klustren mer stabila, de evaporerade inte lika fort. Ammoniak skulle därför kunna spela en viktig roll i den tidiga molnbildningsprocessen, säger hon.

Temperatur på -100 grader
Att mäta värmekapacitet hos kluster är inte helt enkelt. En viktig del i hennes forskning har varit att hitta en fungerande metod som kan användas i vidare studier. Enkelt uttryck kan man säga att hon har bildat vattenkluster i vanlig luft, dragit in dem i ett vakuum och sedan mätt hur de har sönderfallit. Via metoden gjorde hon även en oväntad upptäckt.
– Temperaturen i dessa kluster var omkring minus 100 grader. Värmekapaciteten borde därför motsvara den hos is. Trots det var värmekapaciteten hos mellanstora kluster större, någonstans mellan den hos is och flytande vatten. Vilken roll det spelar i molnbildning får bli föremål för vidare forskning, säger hon.  

Ger ny kunskap om rymdmoln
I sin avhandling har Erika Sundén även studerat avkylningshastighet och strålning hos kolpartiklar som kan ingå i rymdmoln. Man var länge osäker på om det kunde finnas molekyler i tomrummet mellan stjärnor och planeter, eftersom tätheten av atomer där är så liten. Men 2006 upptäcktes den första negativt laddade kolmolekylen och sedan dess pågår arbetet med att kartlägga vilka molekyler som ingår i rymdmoln.
– Först mäts strålning från rymden, sedan handlar det om att skapa modeller för att förstå vad det är man ser. Det vi gör är att skapa laddade molekyler som kan finnas i dessa moln i labb och sedan undersöka om och hur mycket dessa molekyler strålar, säger hon.

Erika Sundéns avhandling ”Thermal Properties of Clusters and Molecules – Experiments on Evaporation, Thermionic Emission, and Radiative Cooling” försvaras vid en disputation den 24 februari.