Odin blickar nedåt

Odins uppdrag i atmosfären gäller det övre skiktet från 10 upp till 100 kilometers höjd. Dels vill vi övervaka ozonskiktet, som finns 20–40 kilo­meter ovan mark, och fördjupa våra kunskaper om vad som ligger bakom att ozonhålen uppstår vissa tider på året över både Arktis och Antarktis. Dels vill vi studera de speciella förhållanden som råder i det mycket kalla området omkring 80 kilometer upp i atmosfären under sommaren i polartrakterna. Där undersöker vi de nattlysande molnen, vattenhalten högt upp i atmosfären och olika spårämnen, som kolmonoxid, vattenånga och dikväveoxid. Dessa mätningar låter oss följa utbytesprocesser mellan olika atmosfäriska skikt. ###Löser ozonets gåtor En av anledningarna till att Odinprojektet genomfördes var att vi just i början av 2000-talet behövde övervaka ozonskiktet. Då skulle halterna av de ozonnedbrytande freonerna kulminera och börja sjunka som resultat av internationella klimatavtal. Avtalen kom till efter den chockerande upptäckten av ozonhålet över Antarktis år 1985. Vi hade stor kunskap om de processer som orsakar ozonnedbrytningen redan när Odin kom upp i bana. Men en del gåtor återstod. En av dessa uppenbarade sig i mätningar av kloroxid, ett ämne som kraftigt bidrar till nedbrytningen av ozon under vintrarna på Antarktis och Arktis. Trots att det råder gynnsammare omständigheter över Antarktis än i de norra polartrakterna för att kloroxid ska bildas, observerade Odin ofta högre halter över Arktis. Tillbaka i laboratoriet upptäcktes att vi hade gjort ett felaktigt antagande om hur de kemiska reaktionerna beror av temperaturen, och när vi ändrade i modellen stämde den mycket bättre med Odins mätningar. Ursprunget till vårt intresse för hur vattenånga är fördelad i övre atmo­sfären var den till synes väl avgränsade uppgiften att finna en förklaring till uppkomsten av nattlysande moln, de högst liggande moln som vi känner till. Men med ökade kunskaper om samspelet mellan olika processer som styr den mellersta atmosfären blev det uppenbart att uppgiften ingalunda var enkel – den innefattade såväl atmosfärens dynamik, strålningsprocesser och fotokemi som mikrofysik och elektrodynamik. Analysen av molnbildning högt upp i atmosfären, i den så kallade mesosfären, visade sig kräva detaljerade kunskaper om temperatur, fuktighet och kondensationskärnor för molnpartiklar. ###Mäter molnpartiklarna En styrka med Odins atmosfäriska mätningar är att de täcker hela jorden så att vi kan studera globala sammanhang. Detta är speciellt viktigt högre upp i atmosfären, och ett bra exempel är förekomsten av nattlysande moln. Medan de vanliga vädermolnen hittas på upp till 10 kilometers höjd, uppstår nattlysande moln drygt 80 kilometer ovan mark. Där uppe finns knappt något vatten alls. För att molnen ska bildas krävs extremt låga temperaturer – minus 140 grader Celsius eller ännu lägre. Så kallt kan det bara bli där på sommarhalvåret vid polerna, ovan 50:e breddgraden (som på norra halvklotet passerar exempelvis Frankfurt). Att det blir så kallt just under sommaren och just på höga breddgrader beror på luftens globala cirkulation. Den varma luften över sommarpolen drivs uppåt för att sedan transporteras över hela jordklotet mot vinterpolen där den sjunker ner. Vid uppstigningen tunnas luften ut med höjden och kyls av. På så sätt ligger atmosfärens cirkulation bakom uppkomsten av de nattlysande molnen på sommaren. Under sommaren går det faktiskt mycket bra att se nattlysande moln från stora delar av Sverige. Bäst syns de i skymningsljuset när solen står några grader under horisonten och lyser upp de tunna molnen. Odin däremot begränsas inte bara till skymningen, utan kartlägger molnskikten genom att observera solljus som de sprider. Men Odin kartlägger inte bara var de nattlysande molnen finns. Genom att vi samtidigt har kunnat mäta storleken på molnpartiklarna, förekomsten av metallämnen som molndropparna kan bildas på, luftens temperatur samt halten av vattenånga har Odin gett oss en inträngande bild av processerna bakom de nattlysande molnen. Är det verkligen så som vissa forskare hävdar att de nattlysande molnen ökar och att det är ett tidigt tecken på en global klimatförändring? ###Som en klick färg i vatten När vi nu ser ut att vara på väg mot ett varmare klimat, förväntas mer vatten förekomma i atmosfären. Vi vet redan nu att mängden vattenånga faktiskt ökar högre upp, i stratosfären. Orsaken anses delvis vara de allt större utsläppen av metangas. Men det förklarar inte hela ökningen. Mängden vattenånga styrs i atmosfären av dess källor och sänkor: vi har ett inflöde av vatten under­ifrån, både direkt på grund av transporten uppåt i tropikerna, och indirekt som metangas. Metangasen passerar oberörd den kalla gränsen mellan atmosfärens lägsta skikt, troposfären, och skiktet ovanför, stratosfären. Det gör inte vatten, utan det fryser till is och faller ut. Men där högre upp oxideras metangasen och omvandlas till vatten genom kemiska reaktioner. Vattnet förstörs dock av solens ultravioletta strålar. Över sommarpolen transporteras vattenånga uppåt, och därmed blir vattenmängden större där och tvärtom vid vinterpolen. Vi tror att det är den extra ansamlingen av vatten cirka 80 kilometer över sommarpolen som ger oss de vackra nattlysande molnen. Vattnet kondenserar där det är som kallast och bildar de tunna molnen. När molnpartiklarna växer till sig, faller de ner tills de kommer till varmare luftskikt där de avdunstar. Vattenånga i övre atmosfären fungerar därmed som en utmärkt markör för luftens storskaliga rörelser på samma sätt som en klick färg i färglöst vatten låter oss följa vattenströmmens rörelse. Än så länge finns det inga atmo­sfäriska modeller som kan återge variationer i tid och rum hos vattenångan på ett korrekt sätt – vi har fortfarande för dålig kunskap om de processer som spelar roll för förändringarna. Men tack vare Odins vakande öga kan vi ändå skapa kartor av vattnets fördelning i atmosfären och dess variationer med årstiderna. Vi kan studera väder och klimat vid atmosfärens gräns mot rymden, och se skillnader och likheter mellan södra och norra halvklotet.