Skyer er en del av dagliglivet vårt. Vi gleder oss over synet av hyggelige godværsskyer høyt på himmelen om sommeren og huffer oss over truende uværsskyer i horisonten når høsten kommer. Skyer og klima henger sammen, men noen ganger på andre måter enn man forventer.
Aller først: Hva er egentlig en sky? Flyvende vanndråper? Ansamlinger av regn eller hagl eller snø, klare til å lave ned over oss når de bare blir tunge nok?
– Når man har overmetning av vanndamp i atmosfæren, blir det skyer. Man kan si at skyer er ansamlinger av veldig små vanndråper. Noen ganger fryser disse vanndråpene til is, forklarer Britta Schäfer.
Holder øye med Arktis
Hun forsker på kalde skyer, skyer som består av en blanding av vanndråper og iskrystaller. Schäfer vil vite hvordan disse skyene påvirker klimaet, og hva som skjer med dem når klimaet endrer seg, og lufta blir varmere.
Et bra sted å undersøke akkurat det, er på Svalbard. Her skjer klimaendringene raskere enn alle andre steder på jorden.
– Arktis varmes opp raskere enn resten av jorda, og på Svalbard går oppvarmingen ekstra fort. Om man vet hvordan skyene på Svalbard endrer seg, kan det si noe om skyene også på resten av kloden. Det handler om grunnleggende fysikk, som er den samme uansett hvor man er, sier Schäfer.
Ny-Ålesund, Svalbard, 12. november 2019. Gradestokken viser så vidt under null. En gruppe forskere gjør seg klare til å sende opp en værballong. De har vært der siden september og skal fortsette å måle været i detalj i mange måneder. Forskerne kommer fra forskningsinstitusjoner verden over, og skal kartlegge hvordan aerosoler, som er mikroskopiske partikler som svever i lufta, skyer og stråling – det vil si lys og varme - påvirker hverandre i Arktis.
Fra vann til is
Akkurat denne dagen er himmelen grå og tung. En perfekt dag for Schäfers forskning. Den vidstrakte, diffuse skyen som dekker himmelen over Ny-Ålesund denne dagen består nemlig av en miks av vanndråper og iskrystaller.
Nå skal denne skyen danne utgangspunkt for simuleringer i en værmodell som ligner på dem som brukes til værvarsling.
Les også: Skyer av is og skyer av vann varmer jorda forskjellig
– Den første simuleringen skal stemme best mulig overens med virkeligheten. For å sikre det trenger vi detaljerte målinger. Her er det brukt en måleballong hvor man har sett på hvor mange vanndråper og iskrystaller som er inne i skyen og hvor store de er, på et mikroskopisk nivå, forteller Schäfer.
Deretter følger flere simuleringer, for nå kan man begynne å endre på parameterne i modellen. Man kan for eksempel skru opp temperaturen, og se hva som skjer med de andre parameterne, som mengden vanndråper i forhold til iskrystaller i skyen.
Da Schäfer gjorde det, fikk hun et overraskende resultat. I stedet for at isen i skyen smeltet og ble til vann når det ble varmere, ble det dannet mer is.
Eksploderende isdråper
For at en iskrystall skal dannes i en sky, må det først finnes en kjerne det kan dannes is rundt. Det kan være et bitte lite korn av støv virvlet opp fra bakken, eller et lite fragment av noe levende i havet som bølgene kaster fra seg.
Men iskrystaller kan også selv fungere som kjerner for nye iskrystaller når de krasjer med vanndråper eller med andre iskrystaller. For eksempel via en prosess som kalles «droplet shattering» eller dråpefragmentering på fagspråket.
– Når en større vanndråpe møter en mindre iskrystall, vil dråpen begynne å fryse. Den fryser først på utsiden. Da vil det fortsatt være vann inni som blir innesperret, og som sørger for en liten eksplosjon. Resultatet er flere iskrystaller, forklarer Schäfer.
Et annet fenomen er «rime splintering» eller rimsplintring. Underkjølte vanndråper fryser momentant på overflaten av et eksisterende ispartikkel eller snøkrystall (riming), og denne fryseprosessen får små biter til å løsne og danne nye ispartikler.
Slipper ut mer jordvarme
Rimsplintring kan bare skje ved temperaturer mellom -3 og -8 grader. Det høres kaldt ut, men når den globale oppvarmingen får gå sin gang, forventer man faktisk at dette temperaturområdet vil få større utbredelse i Arktis, på steder hvor det er enda kaldere i dag. I Arktis finnes det ofte skyer med høyt vanninnhold. Resultatet kan bli at disse skyene endrer seg. De vil inneholde mindre vann og mer is.
– Mer is i skyene gjør at skyene blir tynnere. Slike skyer slipper ut mer varmestråling fra bakken og ut i verdensrommet. De har ikke en avkjølende effekt på klimaet, men forvandlingen fra flytende vann til is bremser oppvarmingen, om den opptrer i stor skala, sier Schäfer.
Effekten kan dermed bidra til å bremse opp den hurtige oppvarmingen man nå ser i Arktis. Men Schäfer vil ikke slå på stortromma ennå. Vi snakker tross alt om kun en enkelt sky over Ny-Ålesund en dag i november i 2019, og hvordan den oppførte seg da den ble modellert, og man forandret kun noen få parametere. Deriblant lufttemperaturen og temperaturen i havoverflaten.
– Vi fant at denne effekten med sekundær isproduksjon vil bli hyppigere i fremtiden, sier Schäfer. Men studien er ikke representativ.
Styrker tilliten til klimamodellene
Nå vil forskerne bruke mer data.
– Ved å bruke måledata som vi hentet inn med forskningsfly fra et større område i Arktis i 2022 og 2023, sammen med satellittdata, kan vi trekke konklusjoner som er gyldige for Arktis mer generelt, sier forsker Trude Storelvmo.
Hun er professor ved UiO og leder det EU-finansierte forskningsprosjektet STEP-CHANGE (STate-dEPendent Cloud feedbacks: enHANcing understanding and assessing Global Effects).
– Disse datasettene kan deretter brukes til å teste våre globale klimamodeller og da særlig dere evne til å simulere arktiske skyer. Håpet er at dette til slutt vil føre til at vi kan ha større tillit til hva disse klimamodellene forteller oss om fremtidens Aktiske klima.
Les også: Skyer med is bremser oppvarmingen – men hva skjer når all isen har smeltet?
Vitenskapelig artikkel:
Schäfer, David, Hodneborg og Storelvmo : Response of an Arctic Mixed‐Phase Cloud to Ice‐Nucleating Particle Perturbations and Warming Geophysical Research Letters - Wiley Online Library, Mai 2025
