Когда в атмосфере образуются новые частицы, это влияет на образование облаков, а вместе с тем и на климат. В течение нескольких лет эти сложные процессы воспроизводились в большой воздушной камере в рамках эксперимента CLOUD в ЦЕРНе. Исследователи теперь впервые использовали результаты для расчета производства аэрозольных частиц во всех регионах Земли и на разных высотах. Исследование, опубликованное в журнале «Science», в котором приняли участие исследователи из Университета Гёте во Франкфурте, расшифровывает роль различных химических систем, ответственных за образование частиц. Они также определили влияние ионов, которые развиваются благодаря космическому излучению.
Частицы сажи, поднимаемая ветром пыль или морские брызги составляют лишь часть частиц в атмосфере. Другие образуются из определенных следов паров, например, когда отдельные молекулы серной кислоты и воды объединяются в крошечные капельки. Это образование новых частиц известно как зародышеобразование. Облака образуются в результате конденсации воды на более крупных аэрозольных частицах или так называемых ядер конденсации облаков. Чем больше образуется облачных капель, тем больше солнечного света отражается обратно в космос. Климатические модели показывают, что дополнительные частицы, вызванные деятельностью человека, производят охлаждающий эффект, который частично компенсирует парниковый эффект. Однако это меньше, чем предполагалось ранее.
Аэрозольные частицы от выбросов серной кислоты и аммиака
Модельные расчеты, представленные в «Науке», доказывают, что примерно половина ядер конденсации облаков в атмосфере возникает в результате зарождения. В современной атмосфере в формировании частиц почти повсеместно преобладают механизмы, в которых должны сочетаться по крайней мере три химических компонента: помимо двух основных веществ, то есть серной кислоты и воды, это либо аммиак, либо специфические органические соединения, такие как продукты окисления терпенов.. Близко к земле органические вещества из природных источников важны, в то время как аммиак играет ключевую роль выше в тропосфере. Выбросы аммиака и серы значительно увеличились за последние десятилетия в результате деятельности человека.
11-летний солнечный цикл практически не влияет
CLOUD также исследовал, как 11-летний солнечный цикл влияет на формирование аэрозольных частиц в нашей современной атмосфере. Модельные расчеты показывают, что эффекты, возникающие в результате изменений ионизации через солнце, слишком малы, чтобы вносить значительный вклад в образование облаков. Хотя изначально ионы участвуют в развитии почти трети всех вновь образованных частиц, концентрация крупных облачных ядер конденсации в течение 11-летнего цикла меняется всего на 0,1 %, что недостаточно, чтобы оказывать заметное влияние на климат.
Охлаждающий эффект на 27% меньше, чем ожидалось
Команда CLOUD также представила первые глобальные модельные расчеты образования аэрозолей без участия серной кислоты и исключительно за счет чрезвычайно малолетучих веществ биологического происхождения (Gordon et al., PNAS). Согласно полученным данным, этот процесс в значительной степени способствовал формированию частиц прежде всего в доиндустриальной атмосфере, так как в то время в атмосферу выбрасывалось гораздо меньше компонентов серы. Количество частиц в доиндустриальной атмосфере теперь оценивается как намного большее благодаря дополнительному процессу, чем было показано в более ранних расчетах. Модельные расчеты, основанные на данных эксперимента CLOUD, показывают, что охлаждающий эффект облаков на 27 процентов меньше, чем при моделировании климата без этого эффекта, в результате дополнительных частиц, вызванных деятельностью человека: Вместо радиационного эффекта - 0,82 Вт/м2 результат всего -0,60 Вт/м2