Månedens Forsker Merete Bilde
Merete Bildes årelange forskning i luftpartikler skal give nye svar på skyers liv og betydning for Jordens klima. Månedens Forsker #7 2023.
Publiceret:
09.08.2023
Tags:
Merete Bilde er professor i fysisk kemi på Institut for kemi på Aarhus Universitet Uddannet cand.scient. i kemi på Københavns Universitet i 1994 og ph.d. i 1997 ligeledes fra Københavns Universitet og Forskningscenter Risø Har modtaget en forskningsinfrastrukturbevilling til projektet ”What is in the air?”
Lidt om...
Merete Bilde er professor i fysisk kemi på Institut for kemi på Aarhus Universitet Uddannet cand.scient. i kemi på Københavns Universitet i 1994 og ph.d. i 1997 ligeledes fra Københavns Universitet og Forskningscenter Risø Har modtaget en forskningsinfrastrukturbevilling til projektet ”What is in the air?”
Allerede da Merete Bilde var ph.d.-studerende, blev hun fascineret af, hvor stor en rolle kemiske processer i atmosfæren spiller for klimaet og vores muligheder for at anslå fremtidens globale gennemsnitstemperatur. Igennem årene har hun arbejdet med alt fra udvikling af mere ozonvenlige kølemidler på Ford Motor i Detroit til forskning i atmosfæriske aerosoler og deres betydning for luftforurening.
Min interesse for at udforske verden omkring mig opstod lidt efter lidt. Som barn var jeg generelt nysgerrig og trivedes med at forstå ting i dybden. I gymnasiet interesserede jeg mig for alt fra idræt og fysik til poesi.
Jeg valgte at læse medicin, da jeg om vinteren i 1989 startede på Københavns Universitet. Allerede efter et halvt år skiftede jeg dog til kemistudiet, fordi jeg kunne mærke, at det var her, min største interesse lå. Samtidig tog jeg kurser på fysik og matematik og endte med at skrive speciale inden for kvantekemi, hvor jeg kunne arbejde med kemi helt ned på molekylært niveau.
Mens jeg skrev speciale, blev jeg nysgerrig på den blomstrende forskning, der gik ud på at forstå kemiske processer i atmosfæren. Der var på dette tidspunkt mere og mere fokus på ozonlaget og de molekyler, der bidrager til at nedbryde ozon. Det fangede mig virkelig, og jeg var så heldig at blive optaget som ph.d.-studerende i en fantastisk forskningsgruppe på Risø ledet af Ole John Nielsen, der arbejdede med netop atmosfærekemi.
På det tidspunkt var man klar over, at de menneskeskabte stoffer freon og haloner har en negativ indflydelse på ozonlaget. Når stofferne kommer ud i atmosfæren, bliver de nemlig ikke nedbrudt i den nederste del af atmosfæren, men bevæger sig op i stratosfæren og bidrager her til at ødelægge ozonlaget. Mit ph.d.-projekt gik ud på at undersøge alternativer til de ozon-skadelige haloner, som dengang blev brugt som brandslukningsmidler.
Alternativer som også skulle undersøges for deres effekt som drivhusgasser og for dannelsen af potentielt giftige nedbrydningsprodukter. Det er i den sammenhæng interessant for en kemiker, at et enkelt atom i et molekyle – om det eksempelvis er et kloratom, et bromatom eller et hydrogenatom - kan være altafgørende for, hvor skadeligt molekylet er for ozonlaget.
I løbet af mit ph.d.-projekt arbejdede jeg i en periode også hos Ford Motor i Detroit, hvor jeg var med til at undersøge problemerne ved at anvende freon som kølemiddel og desuden udforske alternativer til freon. Jeg arbejdede også i en periode i en forskergruppe på National Center for Atmospheric Research i Colorado, hvor jeg blandt andet undersøgte atmosfærekemien af en række molekyler, som indeholder brom.
Jeg havde virkelig meget ud af de her internationale forskningsophold. For jeg fik mulighed for at arbejde tæt sammen med topforskere i laboratoriet på daglig basis. Det var spændende at opleve, at nogle af de molekyler, jeg havde været med til at undersøge, rent faktisk endte med at blive anvendt som nye, alternative kølemidler eller brandslukningsmidler.
Det var også værdifuldt, at jeg fik frihed til at bruge min viden om atmosfærekemi til at se på den atmosfæriske nedbrydning af stoffer, der naturligt udledes i atmosfæren fra blandt andet havet. Det betød, at jeg gradvist begyndte at interessere mig mere og mere for, hvad der sker i luften over havet.
I det hele taget skete der virkelig meget inden for atmosfærekemi i de år. Mens jeg var ph.d.-studerende, fik forskerne Mario J. Molina, Paul J. Crutzen og Frank Sherwood Rowland Nobelprisen i kemi for deres arbejde med blandt andet at forstå, hvordan ozon dannes og nedbrydes. Det gav ekstra vind til forskningsfeltet og gjorde mig blot endnu mere hooked på at fortsætte inden for atmosfærekemi.
Da jeg var færdig med min ph.d., flyttede jeg til Pittsburgh, hvor min mand var ph.d.-studerende. Jeg begyndte i 1999 som postdoc på University of Pittsburgh, men skiftede efter et år til Carnegie Mellon University, som også ligger i Pittsburgh. Her kom jeg ind i en forskningsgruppe ledet af professor Spyros Pandis, der arbejdede med aerosoler, som er små partikler i luften omkring os.
Partiklerne kommer fra menneskelige aktiviteter som for eksempel forbrændingsprocesser, men de stammer også fra naturlige kilder som skovens træer eller skumtoppe på havet. Arbejdet her skulle vise sig at blive grundstenen til alt det, jeg siden har beskæftiget mig med.
Vi kiggede især på aerosolers indflydelse på luftforurening og klima, og mit første projekt gik konkret ud på at bestemme termodynamiske egenskaber af organiske partikler. Det var – og er stadig – et stort spørgsmål, hvilke organiske stoffer som findes på gasform i luften, og hvilke som findes på partikelform.
Om det er det ene eller det andet betyder noget for de helbredseffekter, der følger med udledningen. Vi kalder det gas-partikelfordeling. Helt konkret kiggede jeg på stoffer, som stammer fra grantræer, og jeg bidrog med nye forsøg og resultater, som ledte til bedre forståelse af under hvilke betingelser, stofferne findes på partikelform i luften.
Mens jeg var postdoc, søgte og fik jeg et fireårigt Ole Rømer-stipendium fra det daværende naturvidenskabelige forskningsråd. Det gav mulighed for, at jeg i 2000 kunne vende hjem til Danmark for at opbygge et nyt laboratorium på Københavns Universitet, hvor jeg arbejdede videre med atmosfæriske aerosoler, nu som forskningslektor.
Nogle organiske stoffer kan - når de bliver nedbrudt - danne nye stoffer, som igen enten kan bidrage til at danne nye partikler eller sætte sig på partikler, der allerede er i atmosfæren, og få dem til at vokse. Jeg satte mig for at undersøge de her mekanismer nærmere, fordi de er vigtige at forstå, når man vil modellere luftforurening.
I de år lykkedes vi med blandt andet at bestemme egenskaber for en række stoffer, herunder såkaldte dicarboxylsyrer, der er organiske molekyler, som har to syregrupper. De findes i aerosoler nærmest overalt på kloden. Vi fandt ud af, at de opfører sig forskelligt i forhold til gas-partikelfordeling alt efter, om antallet af deres kulstofatomer er lige eller ulige.
Det var en opdagelse, der gav genlyd rundt omkring i verden, og det kickstartede en masse gode internationale samarbejdsrelationer, ikke mindst med mine nordiske kolleger, som jeg den dag i dag nyder godt af. Vi arrangerede blandt andet en workshop i Danmark, hvor vi inviterede internationale forskere til at diskutere de forskellige resultater, der blev publiceret.
Simuleringer i skykammeret
Aerosolforskning har længe været ret velkonsolideret i de nordiske lande, og jeg har været med som partner i flere spændende centre, hvor vi har kigget på aerosolers betydning for samspillet mellem biosfære og atmosfære og effekten heraf på klimaets udvikling.
Da Ole Rømer-stipendiet løb ud, fik jeg i 2005 ansættelse på Københavns Universitet først som lektor og fra 2008 som professor. Jeg forsatte her med at beskæftige mig med, hvordan forskellige sfærer vekselvirker, herunder eksempelvis hav-luft-udveksling af aerosolpartikler. Desuden har jeg været optaget af at forstå, hvad der sker med aerosolpartikler, når de bevæger sig rundt i atmosfæren.
Det er sådan, at aerosolpartikler udsættes for forskellige luftfugtigheder, lys og temperaturer i atmosfæren. Det kan ændre deres egenskaber, og vi plejer at sige, at de ”ældes” kemisk og fysisk. I forhold til dannelsen af skyer ville der faktisk ikke kunne dannes skyer i vores atmosfære uden aerosolpartikler.
Vi vil derfor gerne vide mere om, hvad der skal til for, at de her partikler optager vand. Det er i dag et ret åbent spørgsmål, hvilke partikler der er gode til at virke som kim for dannelsen af skydråber og iskrystaller, og hvordan partiklerne påvirker skyernes egenskaber.
For ganske nylig har jeg sammen med fire kolleger fået midler til at etablere grundforskningscentret ”Center for Chemistry of Clouds” til netop at udforske de her processer. Centret er placeret på Aarhus Universitet, hvor jeg har været ansat siden 2013. På centeret vil vi i det hele taget arbejde hårdt på at skaffe mere viden om, hvad der sker i atmosfæren både over havet og over land.
Takket være anden fondsstøtte har vi heldigvis nu også apparatur til at simulere, hvad der sker, når luft fra havets overfladelag stiger op i atmosfæren som luftbobler i takt med, at havets bølger brydes. Vi ved, at der ved denne proces sendes partikler op i atmosfæren, og at dette faktisk er den allerstørste kilde til udledning af partikler i atmosfæren - sammen med støv fra Sahara.
Vi ved dog ikke så meget om hverken processen eller klimaeffekten af partiklerne fra havet. I øjeblikket studerer vi, om nano- og mikroplastic i havet kan komme op i atmosfæren via denne mekanisme.
Hvis jeg skal pege på noget, der kan være udfordrende, når man arbejder i krydsfeltet mellem grundvidenskab og anvendt videnskab, er det, at man har brug for midler til at opbygge apparatur og laboratoriefaciliteter – nogle gange endda helt fra scratch. Det er teknisk udfordrende at lave forsøg ved de betingelser, som findes i atmosfæren, hvor der eksempelvis forekommer lave temperaturer og meget varierende luftfugtigheder. Indenfor atmosfæreforskningen blev forsøg med aerosoldannelse ofte lavet ved stuetemperatur, men jeg kan huske, hvordan jeg i adskillige år gik og tænkte over, hvad der mon ville ske ved lavere temperaturer.
For atmosfæren er jo netop ikke tyve grader over det hele. Det har jeg nu fået mulighed for at rette op på ved sammen med mine studerende og postdocs at designe og bygge et unikt atmosfærekammer AURA, hvor vi kan vi simulere atmosfæriske betingelser også under frysepunktet for vand.
AURA giver os mulighed for blandt andet at iagttage selve dannelsen af partikler i forskellige typer af atmosfærer. Og med et nyt spektrometer, som Carlsbergfondet har støttet, vil vi kunne undersøge vigtige organiske molekyler på gasform i vores eksperimenter. Eksempelvis vil vi konkret studere den atmosfæriske oxidation af et molekyle fra havet, der hedder dimethylsulfid, samt en række molekyler, som findes i forurenet luft.
I de kommende år håber jeg at bidrage til, at vi får langt mere indsigt i, hvordan aerosoler dannes i atmosfæren, og hvordan de vekselvirker med vandmolekyler på molekylært niveau. Det har betydning for, hvordan aerosoler påvirker dannelsen af skyer, hvilket igen vil kaste mere lys over skyernes evne til at absorbere og sprede lys samt skyernes levetid og nedbørsmønstre.
Selvom vi i årevis har forsket i vekselvirkningen mellem aerosolpartikler og skyer, er det stadig noget af det, vi ved mindst om. Og derfor er det desværre også den vel nok største kilde til usikkerhed, når vi fremstiller modeller for klimaets udvikling og den globale gennemsnitstemperatur.
En bedre forståelse af vekselvirkningen mellem små partikler i luft og vandmolekyler på molekylært niveau kan meget vel også være nyttig indenfor andre forskningsfelter, for eksempel i forhold til inhalerbar medicin på aerosolform og forståelse af aerosolers virkning i lungesystemet og dermed deres helbredseffekter.
PODCAST: Partikelstudier med klimasigte
Abonnér på nyt fra Carlsbergfondet
Ønsker du at følge med i vores videnformidling og aktiviteter generelt? Eller er du forsker og interesseret i nyheder, der vedrører vores opslag og uddelinger? Så tilmeld dig et af vores nyhedsbreve.