Organiczne cząsteczki z drzew doskonale sieją chmury – wynika z badania CERN – Physics World

Organiczne cząsteczki z drzew doskonale sieją chmury – wynika z badania CERN – Physics World

Znacznik czasu: 5 października 2023 11:20
Węzeł źródłowy: 2311142

Lubna Dada
Ekspert ds. chmur: Lubna Dada i współpracownicy odkryli, że seskwiterpeny mogą potencjalnie odgrywać ważną rolę w tworzeniu się chmur. (Dzięki uprzejmości: Instytut Paula Scherrera/Markus Fischer)

Rodzina związków organicznych uwalnianych przez drzewa może odgrywać znacznie większą rolę w tworzeniu się chmur, niż wcześniej sądzono. Taki jest wniosek Lubna Dada w szwajcarskim Instytucie Paula Scherrera oraz międzynarodowy zespół, którzy twierdzą, że ich spostrzeżenia mogą odegrać kluczową rolę w przewidywaniu przyszłości klimatu na Ziemi.

Kiedy drzewa znajdują się pod wpływem stresu, uwalniają cząsteczki organiczne, które reagują z ozonem, rodnikami azotanowymi i innymi związkami w atmosferze. W wyniku tych reakcji powstają maleńkie cząstki stałe zwane związkami organicznymi o ultraniskiej lotności (ULVOC).

W niektórych przypadkach ULVOC mogą urosnąć na tyle, że kropelki wody skondensują się na ich powierzchni, sprzyjając tworzeniu się chmur. Chmury mają znaczący wpływ na klimat Ziemi – wiele z nich jest słabo poznanych. Dlatego też w globalnych modelach klimatycznych nie można pominąć zrozumienia wpływu ULVOC.

Najważniejsze cząsteczki biorące udział w tworzeniu ULVOC znajdują się w trzech rodzajach węglowodorów zwanych izoprenem, monoterpenem i seskwiterpenem. Aby skomplikować sprawę, naukowcy uważają, że zmiany klimatyczne wpływają obecnie na emisję gazów do atmosfery.

Rosnąca koncentracja

„Stężenie terpenów wzrasta, ponieważ rośliny uwalniają ich więcej, gdy doświadczają stresu – na przykład podczas wzrostu temperatur i ekstremalnych warunków pogodowych, a roślinność jest częściej narażona na suszę” – wyjaśnia Dada.

Dzięki wcześniejszym badaniom klimatolodzy mają obecnie solidną wiedzę na temat wpływu rosnącego poziomu izoprenu i monoterpenu na powstawanie globalnych chmur, co pomaga im w formułowaniu lepszych prognoz dotyczących przyszłości klimatu Ziemi.

Jak dotąd rola seskwiterpenów okazała się znacznie trudniejsza do określenia. „Dzieje się tak, ponieważ dość trudno je zmierzyć” – mówi Dada. „Po pierwsze dlatego, że bardzo szybko reagują z ozonem, a po drugie dlatego, że występują znacznie rzadziej niż inne substancje”.

Pomimo niższej emisji, cząsteczki te częściej niż izopren i monoterpen tworzą duże cząstki niezbędne do tworzenia się chmur. Ostatecznie oznacza to, że głębsze zrozumienie roli seskwiterpenu w tworzeniu chmur będzie miało kluczowe znaczenie dla udoskonalenia naszych modeli klimatu Ziemi.

Pochmurno w CERN

W swoich badaniach zespół Dady zbadał zdolność seskwiterpenów do tworzenia ULVOC za pomocą Kosmosy opuszczające kropelki na świeżym powietrzu (CLOUD) w CERN w Genewie. Tam badacze mogą symulować różne warunki atmosferyczne związane z powstawaniem chmur.

„Na prawie 30 m3ta szczelna komora klimatyczna jest najczystszą tego typu komorą na świecie. Jest tak czysty, że pozwala nam badać seskwiterpeny nawet przy niskich stężeniach rejestrowanych w atmosferze” – wyjaśnia Dada.

Rozpoczynając od mieszaniny składającej się wyłącznie z izoprenu i monoterpenu, zespół zmierzył, jak zmieniało się tempo tworzenia się chmur w komorze w miarę wzrostu stężenia seskwiterpenu. Efekt był natychmiastowy. Nawet jeśli seskwiterpen stanowił zaledwie 2% mieszaniny w komorze CLOUD, zwiększona zawartość ULVOC w nim zawartych już podwoiła tempo tworzenia się chmur.

Jak wyjaśnia Dada: „Można to wytłumaczyć faktem, że cząsteczka seskwiterpenu składa się z 15 atomów węgla, podczas gdy monoterpeny składają się z tylko dziesięciu, a izopreny tylko z pięciu”. Dzięki wyższej masie cząsteczkowej seskwiterpen jest nadal znacznie mniej lotny niż pozostałe dwie cząsteczki, co pozwala mu łatwiej łączyć się w cząstki stałe.

Wyniki pokazują, że chmurotwórczy wpływ seskwiterpenów należy uwzględnić w przyszłych globalnych modelach klimatycznych. Dada i współpracownicy mają nadzieję, że ich badania pozwolą klimatologom na lepsze przewidywanie zmian w zakresie powstawania chmur i ich wpływu na ziemską atmosferę w miarę dalszego nagrzewania się planety.

Wykorzystując swoje techniki, badacze będą teraz dążyć do uzyskania szerszego obrazu wpływu na klimat emisji innych związków wytworzonych przez człowieka. „Następnie my i nasi partnerzy w CLOUD chcemy zbadać, co dokładnie wydarzyło się podczas industrializacji” – wyjaśnia członek zespołu, Imada El Haddada. „W tym czasie naturalna atmosfera w coraz większym stopniu mieszała się z antropogenicznymi gazami, takimi jak dwutlenek siarki, amoniak i inne antropogeniczne związki organiczne”.

Badania opisano w Postępy nauki.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki