Το CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular
Investigation of the atmosphere
Based on an Instrument Container)
 
είναι ένα δυναμικό πρόγραμμα, συγκέντρωσης λεπτομερών δεδομένων αναφορικά με την σύσταση της ατμόσφαιρας. Μετράμε όλα τα θερμοκηπικά αέρια, αρκετά χημικά δραστικά αέρια, όλα τα σωματίδια αερολυμάτων κτλ. Στο πρόγραμμα συμμετέχουν έντεκα γνωστά ινστιτούτα ατμοσφαιρικών επιστημών, από έξι Ευρωπαϊκά κράτη.
Η LUFTHANSA προσφέρθηκε να χρησιμοποιήσει ένα από τα νέα AIRBUS A340-600 (μεγάλης εμβέλειας) αεροσκάφη της. Αυτό επιτρέπει στο CARIBIC να συγκεντρώνει δεδομένα από απομακρυσμένες περιοχές, όπως για παράδειγμα από την περιοχή ανάμεσα στο Σάο Πάολο και το Σαντιάγκο. Πετώντας σε μηνιαία βάση από την Φραγκφούρτη, διερευνώνται τακτικά πολλές περιοχές οι οποίες είναι εξαιρετικού ενδιαφέροντος για την επιστήμη της ατμόσφαιρας. Μετράει καθώς πετάει!
Η είσοδος του αέρα και των σωματιδίων των αερολυμάτων, είναι μια διαδικασία προηγμένης μηχανικής. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή ανταποκρίνονται στις αυστηρές επιστημονικές και αεροπλοϊκές προδιαγραφές. Είναι δύσκολο να μετρηθούν ίχνη αερίων και σωματίδια σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Παράλληλα το σύστημα θα πρέπει να είναι σταθερό και αεροδυναμικά ασφαλές. Το ανώτερο ορατό τμήμα του βρίσκεται στο εσωτερικό του αεροσκάφους.
Εγκατάσταση: Στο εσωτερικό του αεροσκάφους, μέσω μιας συνδεσμολογίας αεραγωγών, ο ατμοσφαιρικός αέρας οδηγείται στον αντίστοιχο επιστημονικό εξοπλισμό. Η εγκατάσταση του συστήματος CARIBIC διήρκεσε 12 ημέρες και ολοκληρώθηκε με μια δοκιμαστική πτήση. Αξιοποιώντας με έξυπνο τρόπο τον χρόνο που απαιτήθηκε για την εγκατάσταση του διαδικτύου (LH FlyNet) και του ασύρματου LAN συστήματος στο εσωτερικό του Α340-600 στο έδαφος, πραγματοποιήσαμε την εγκατάσταση του συστήματος CARIBIC και έτσι δεν χρειάστηκε επιπλέον χρόνος κατά την διάρκεια της πτήσης του αεροσκάφους.
Το σύστημα εισόδου κινείται με μια σταθερή ταχύτητα περίπου 250 m/s διαμέσου του αέρα. Η δειγματοληψία σωματιδίων σε αυτή την ταχύτητα αποτελεί μια πραγματική πρόκληση. Το σύστημα εισόδου περιλαμβάνει 3 αεροδυναμικές πρόμπες (σωληνάκια), με συνολικά 4 εισόδους (η μία περιέχει 2 εισόδους και οι άλλες δύο από μία είσοδο). Υπάρχουν επίσης 3 μικροσκοπικά οπτικά τηλεσκόπια, που επιτρέπουν την ανάλυση χρησιμοποιώντας το φάσμα του ηλιακού φωτός. Μια βιντεοκάμερα χρησιμοποιείται για να ερευνήσουμε τα νέφη. Ο επεξεργασμένος αέρας αποβάλλεται μέσω μιας εξόδου.
Ολόκληρος ο επιστημονικός εξοπλισμός εγκαθίσταται σε ένα κιβώτιο αερομεταφορών (1500 κιλά) πλάτους 3.2 μέτρων. Δεκαπέντε συσκευές, ελεγχόμενες όλες από ένα κεντρικό υπολογιστή, αναλύουν συνεχώς τον αέρα και τα σωματίδια. Επιπρόσθετα, κατά την διάρκεια μιας πτήσης συλλέγονται 28 δείγματα αέρα, για περαιτέρω εργαστηριακή ανάλυση. Χρειάστηκαν χρόνια έρευνας και τεχνολογικής ανάπτυξης για να υλοποιηθεί η κατασκευή αυτού του κιβωτίου. Σήμερα έχει εξελιχθεί σε ένα τακτικά ιπτάμενο αντικείμενο, αφού ταξιδεύει μια με δύο φορές το μήνα . . .
Γιατί το CARIBIC;
Οι μεταβολές στην σύνθεση της γήινης ατμόσφαιρας προκαλούν αλλαγές στο κλίμα. Η ατμόσφαιρα μπορεί να θεωρηθεί ένας αρκετά ευρύς και πολύπλοκος χημικός αντιδραστήρας. Μαζί με τα σωματίδια (σκόνη κτλ), δισεκατομμύρια τόνοι αέριων ρύπων (…και φυσικών αερίων, όπως για παράδειγμα οι εκπομπές από τους ωκεανούς) εγχέονται στην ατμόσφαιρα κάθε χρόνο. Κάποια στιγμή, τα αέρια μεταφέρονται, αναμιγνύονται και υφίστανται χιλιάδες χημικές αντιδράσεις. Συχνά συγκροτούνται νέα σωματίδια αερολυμάτων, τα οποία επηρεάζουν την διαδικασία του σχηματισμού των νεφών, καθώς επίσης επιδρούν άμεσα στην ισορροπία της γήινης ακτινοβολίας. Ευτυχώς η ατμόσφαιρα, τροφοδοτούμενη από το υπεριώδες τμήμα του ηλιακού φωτός, αυτοκαθαρίζεται και μια ιδιαίτερα πολύπλοκη δυναμική ισορροπία αποκαθίσταται ανάμεσα στην μόλυνση και την κάθαρση της. Οι επιστήμονες οι οποίοι εργάζονται για την κατανόηση όλων αυτών των διαδικασιών, είναι φανερό ότι χρειάζονται κάποιες παρατηρήσεις. Χρειάζονται δεδομένα από όλο τον κόσμο, λεπτομερή δεδομένα, δεδομένα καθ’όλη την διάρκεια των εποχιακών αλλαγών, κατά την διάρκεια των ετών, μέρα και νύχτα. Το CARIBIC είναι ένα πραγματικά ισχυρό σύστημα, το οποίο χρησιμοποιεί πτήσεις πολιτικών αεροσκαφών, με σκοπό να συλλέξει τέτοιου είδους δεδομένα. Η ιδέα αυτή είναι λογική και η υλοποίηση της γεγονός.
Βασικοί ερευνητές του CARIBIC.
Prof. Dr. Dr. hc. mult. Paul Crutzen, MPI Mainz – Επιστημονικός σύμβουλος
Prof. Dr. Jos Lelieveld, MPI Mainz - Η οξειδωτική ικανότητα της ατμόσφαιρας
Prof. Dr. Andreas Macke and Dr. Markus Hermann, TROPOS Leipzig - Κατανομή των αερολυμάτων
Prof. Dr. Johannes Orphal and Dr. Andreas Zahn, IMK FZ Karlsruhe – Κλιματολογία των υδρατμών και του όζοντος, χημικά ενεργά αέρια μικρού χρόνου ζωής
Prof. Dr. Markus Rapp and Dr. Hans Schlager, Dr. Helmut Ziereis, DLR Oberpfaffenhofen – Αποθέματα οξειδίων του αζώτου και εκπομπές αεροσκαφών
Prof. Dr. Ulrich Platt, Dr. Lara Penth, University of Heidelberg – Οπτικές μετρήσεις, τηλεπισκόπιση
Dr. David Oram, University of East Anglia, Norwich – Αλογονάνθρακες
Prof. Dr. Bengt Martinsson, University of Lund – Ιδιότητες των αερολυμάτων
Prof. Dr. Markus Leuenberger, University of Bern †- Υπερακριβείς μετρήσεις οξυγόνου
Dr. Ralf Ebinghaus, GKSS Geesthacht – Κύκλος του ατμοσφαιρικού υδραργύρου
Dr. Philippe Ciais, LSCE-CEA, Paris – Κύκλος του διοξειδίου του άνθρακα
Dr. Peter van Velthoven, KNMI, the Netherlands – Μετεωρολογία
Dr. Jonathan Williams, MPI Mainz – Χημεία υδρογονανθράκων, συντονιστής
Μηχανικοί αεροσκαφών της LUFTHANSA και επιστήμονες της ατμόσφαιρας εργάστηκαν μαζί προκειμένου να δημιουργήσουν αυτή τη νέα φόρμα λεπτομερέστερης διερεύνησης της γήινης ατμόσφαιρας σε μεγαλύτερες αποστάσεις και για τα επόμενα χρόνια. Χάρη σ’αυτή την άριστη συνεργασία το CARIBIC έχει την δυνατότητα να καθίσταται ενήμερο των εξελίξεων σχετικά με τις μεταβολές στην ατμόσφαιρα.
Το CARIBIC παρουσιάστηκε το Δεκέμβριο του 2004, όπου ο επίτιμος υπουργός περιβάλλοντος της Γερμανίας κ.Trittin, χρησιμοποίησε το CARIBIC A340-600 προκειμένου να πετάξει στο Μπουένος Άιρες για μια συνάντηση κορυφής με θέμα το κλίμα. Οι κλιματικές αλλαγές αποτελούν μια πρόκληση για την ανθρωπότητα. Η κατανόηση της ατμόσφαιράς μας, της χημείας, της φυσικής και της σύστασής της αποτελεί μια επιστημονική και τεχνολογική πρόκληση.
Παρακάτω παρουσιάζεται ένα ενδιαφέρον εικονογράφημα της ‘’προέλευσης του αέρα’’ το οποίο λήφθηκε από το αεροσκάφος σε μια πτήση από την Φραγκφούρτη προς το Μπουένος Άιρες. Αφήνοντας την Ευρώπη το αεροσκάφος του CARIBIC ‘’βλέπει’’ αέρα ο οποίος έχει μεταφερθεί μέσα σε διάστημα πέντε ημερών από τόσο μακριά όσο ο Ειρηνικός Ωκεανός. Πάνω από την Ισπανία λαμβάνουν χώρα πολύπλοκες αναμίξεις που οφείλονται σε ένα σύστημα χαμηλών πιέσεων. Σημειώστε πως παρόλο που γενικά ο αέρας στα 11 χιλιόμετρα είναι πιο καθαρός από τον επιφανειακό αέρα, συχνά μολύνεται από τις εκπομπές των ηπειρωτικών περιοχών. Όταν ο αέρας χτυπά πάνω στην επιφάνεια της γης, η μόλυνση μεταφέρεται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Όταν παρατηρείται έντονη ανοδική κίνηση, ο αέρας ανεβαίνει γρήγορα από την επιφάνεια του εδάφους, στο ύψος που πραγματοποιείται η πτήση, δηλαδή περίπου στα 11 χιλιόμετρα. Στους Τροπικούς η κατάσταση είναι πιο ήρεμη. Εδώ ο αέρας κινήθηκε πολύ λιγότερο κατά την διάρκεια των πέντε ημερών και σε κάποιες στιγμές ανυψώθηκε από την επιφάνεια του ωκεανού (πράσινο). Αυτός ο αέρας μπορεί να είναι αρκετά καθαρός εξαιτίας της επίδρασης της έντονης ηλιακής ακτινοβολίας. Ο αέρας καθαρίζεται βαθμιαία μέσω μιας ισχυρής φυσικής διαδικασίας την οποία θέλουμε να μελετήσουμε λεπτομερώς. Παρόλα αυτά, οι πυρκαγιές των μεγάλων δασών για παράδειγμα, προκαλούν μια διαρκή μόλυνση η οποία μεταφέρεται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Καθώς προσεγγίζουμε το Μπουένος Άιρες παρατηρούμε ένα ασθενέστερο δυτικό ρεύμα αέρα (ήταν Δεκέμβριος και ως εκ τούτου καλοκαίρι στο Μπουένος Άριες). Το σκούρο κόκκινο χρώμα υποδεικνύει το στρατοσφαιρικό αέρα. Για πτήσεις σαν αυτή, η ομάδα του CARIBIC έχει στην διάθεση της χιλιάδες δεδομένα για την σύσταση του αέρα. Περισσότερες πληροφορίες διατίθενται στην ιστοσελίδα www.caribic-atmospheric.com.
Translation: Dimitris Akritidis, Meteorology-Climatology-Atmosphere AUTH (Thessaloniki)