Odhalenie o stromoch kazí klimatické výpočty – Ars Technica

Každý rok medzi septembrom a decembrom tvorí Lubna Dada oblaky. Dada, vedec o atmosfére, sa pripája k desiatkam svojich kolegov, aby uskutočnili experimenty v 7000-galónovej komore z nehrdzavejúcej ocele v CERN vo Švajčiarsku. „Je to ako vedecký tábor,“ hovorí Dada, ktorá študuje, ako prírodné emisie reagujú s ozónom za vzniku aerosólov, ktoré ovplyvňujú klímu.

Jeho najväčším zdrojom sú mraky Neistota V klimatických predpovediach. V závislosti od polohy môže byť oblačno odrážať slnečné svetlo preč z pevniny a oceánu, ktoré by inak absorbovali svoje teplo – vzácna výhoda v otepľujúcom sa svete. ale môžu byť aj mraky Net Leto na Arktíde a Antarktíde, Vedci chcú vedieť viac o tom, čo spôsobuje tvorbu oblakov a či je dôsledkom ochladzovanie alebo otepľovanie. A hlavne, Dada hovorí, „chceme vedieť, ako sme my ľudia zmenili mraky.“

Aerosólové častice na oblohe priťahujú vodnú paru alebo ľad. Keď sa malé mokré guľôčky stanú dostatočne veľkými, stanú sa semená pre mraky, Polovica zemských oblakov sa tvorí okolo vecí, ako je piesok, soľ, sadze, dym a prach. Druhá polovica nukleuje okolo pár, ktoré uvoľňujú živé veci alebo stroje, ako napr Oxid siričitý, ktorý vzniká spaľovaním fosílnych palív,

V CERN-e vedci opakujú tento proces vstreknutím pary predstavujúcej špecifickú atmosféru do oceľovej komory. (Toto sa vo vesmíre nazýva oblaková komora, ktorá uvoľňuje vonkajšie kvapôčky.) Môžu napríklad napodobňovať plyny nachádzajúce sa nad mestami. Ale Dada, ktorá zvyčajne pracuje v Inštitúte Paula Scherrera vo Švajčiarsku, išla do CERN-u nahliadnuť do minulosti. Jeho tím vedcov z celého sveta chcel obnoviť vzduch nad lesmi, pretože „staroveká“ atmosféra naznačuje, ako sa pred industrializáciou tvorili oblaky. „Musíme to porovnať s časom, keď neexistovali žiadne ľudské emisie,“ hovorí, „aby sme mohli doladiť naše klimatické modely.“

V publikovanej práci tento mesiac V Science Advances vytvoril tím Dady nový ťažký úder v tvorbe oblakov: typ chemikálie uvoľňovanej stromami. stromy vyžarujú prirodzene prchavý ako je izoprén a monoterpén, ktoré môžu spôsobiť iskrenie tvorca cloudu chemické reakcie, Nová práca Dada sa zameriava na zanedbávanú triedu menej hojných prchavých látok nazývaných seskviterpény, ktoré majú drevitý, zemitý, citrusový alebo korenistý zápach v závislosti od molekuly a typu rastliny alebo mikróbu, ktorý ich vyžaruje.

Tím ukazuje, že seskviterpény sú účinnejšie, ako sa očakávalo pri oblakoch. Len pomer seskviterpénov 1 ku 50 v porovnaní s inými prchavými látkami. dvojitý Stať sa oblakom.

Úloha stromov pri zasievaní oblakov je dôležitá, pretože ukazuje, aká by mohla byť obloha nad niektorými regiónmi, keby sa vládam podarilo znížiť emisie síry. Vo svete s menším znečistením sa rastliny a stromy stanú výraznejšími hnacími silami tvorby oblakov, čo je ozvenou predmoderného sveta.

Tento výskum môže pomôcť spresniť odhady toho, aké bolo životné prostredie pred industrializáciou. Svetovú populáciu aerosólov možno znižujeme ignorovaním jej veľkej časti, ktorá pochádza zo stromov. Ak áno, klimatické modely budú musieť byť prerobené.

„Vytvorenie nových častíc je v súčasnosti veľmi horúcou témou,“ hovorí atmosferický vedec Paquita Zuidema z University of Miami, ktorý nebol súčasťou štúdie. „Čoraz viac si uvedomujeme, že v skutočnosti nevieme, aké je nedotknuté prostredie.“

Zatiaľ čo antropogénne emisie dominujú tvorbe mrakov nad obývanými oblasťami, prchavé rastlinné látky dominujú v nedotknutejšej krajine inde. Laboratórne vybavenie sa len nedávno stalo dostatočne citlivým na to, aby pochopilo, ktoré vybavenie prispieva najviac.

Mnohé objavy o seskviterpénoch sú relatívne nedávne. v roku 2010, Objavili ich výskumníci V blízkosti amazonského pralesa. Vysoko v poraste bolo ťažké sledovať seskviterpén. To ukázalo, že ozón premieňa seskviterpény na aerosóly, ktoré vytvárajú oblaky. Starý otec hlásil jeden taký systém Fínske lesy a rašeliniská Minulý rok. „Vidíme viac, pretože naše nástroje sú teraz oveľa lepšie,“ hovorí. „Jednoducho nie sú v Amazone.“

Keď Dada a jeho kolegovia začali s novou štúdiou, ich cieľom bolo otestovať schopnosti seskviterpénov vytvárať mraky simuláciou vzduchu v lese, ktorý nebol kontaminovaný antropogénnymi emisiami. Začali so základnou líniou – meraním toho, čo sa stane po ionizácii atmosférickej zmesi najbežnejších „biogénnych“ prchavých látok: izoprén a α-pinén, monoterpén. Podľa očakávania z tejto kombinácie vznikli mraky. Potom tím urobil to isté a pridal seskviterpén nazývaný β-karyofylén. Pochádza z borovíc a citrusových stromov a vonia ako prasknuté čierne korenie.

Dada predpokladal, že β-karyofylén by mal chemicky reagovať, vytvárať aerosól a nakoniec oblak. Ona a jej tím stáli v riadiacej miestnosti a monitorovali 15 obrazoviek zobrazujúcich údaje v reálnom čase, ako je veľkosť a koncentrácia aerosólu. Vedeli by, že mala pravdu, keby graf veľkosti častíc na jednej z obrazoviek zmenil farbu. Keď budú semená mrakov čoraz početnejšie, budú rásť a meniť farbu z modrej na banánovo žltú.

Pri prvom spustení graf zožltol. Dedko mal pravdu. („Všetci sme kričali ‚Banán! Banán! Banán!‘,“ spomína.) Pridanie len 2 percent β-karyofylénu do zmesi zdvojnásobilo tvorbu oblakov a zväčšilo veľkosť častíc. rýchlejšie, Toto bol prvý experiment, ktorý demonštroval, ako seskviterpény tvoria oblaky semien. Dada hovorí, že to ukázalo, že aj keď ide len o zlomok zlúčenín uvoľnených stromami, „príspevok je obrovský.“

„Pridanie malého množstva seskviterpénu má veľký vplyv,“ hovorí Jiwen Fan, atmosferický vedec z Argonne National Lab, ktorý sa na štúdii nezúčastnil. Aj keď seskviterpény tvoria „ultrajemné“ aerosóly, ktoré nie sú dostatočne veľké na to, aby nasiali oblaky, stále môžu ovplyvniť počasie. V roku 2018 Fan ukázal, že keď obrovské dažďové oblaky „pohltia“ ultrajemné aerosóly, vytvoria nové kvapôčky. zosilniť búrky,

Pre Fan nové údaje naznačujú, že seskviterpény by mohli pomôcť lepšie pochopiť globálny tok aerosólov. Aerosólové oblaky spôsobujú, že zo Zeme sa odoberá viac tepla – efekt známy ako „vyžarovanie“. (Toto je myšlienka za tým pozemky na geoinžiniera Atmosféra s aerosólmi: Umelé vysievanie oblakov, ktoré môžu ochladiť zem.) Viac aerosólov znamená viac reflexných oblakov, ktoré vyzerajú belšie, vydržia dlhšie a produkujú menej dažďa.

Vedci však majú problém simulovať, koľko aerosólov by sa malo počítať v modeloch. „Toto je dlhodobý problém,“ hovorí Fan. „Veľa klimatických modelov preceňuje antropogénne pôsobenie aerosólu.“ Možno je to preto, že podceňujú výskyt prírodných aerosólov pochádzajúcich z mikroorganizmov, rastlín a stromov pred priemyselnou revolúciou. „Možno, že to, čo používame ako referenčný bod, v skutočnosti nie je tak nízkoaerosolové, ako sme si mysleli,“ súhlasí Zuidema.

Vyčíslením toho, ako stromy tvoria mraky, môžu vedci lepšie predpovedať budúcnosť a minulosť klímy. Priemyselné emisie do určitej miery znižujú otepľovanie prostredníctvom radiačného pôsobenia, pretože sírové aerosóly môžu vytvárať reflexné oblaky. Ale keby biogénne aerosóly boli hojnejšie, ako sa očakávalo najprv Industrializácia, potom príspevok priemyslu je menej dôležitý.

Je ťažké predpovedať, čo nám táto rekalibrácia povie o globálnom otepľovaní, pretože dynamická klíma má toľko pohyblivých častí. Rastlinám to spôsobuje napríklad tepelný stres, extrémne počasie a sucho uvoľňovať viac biogénnych prchavých látok— čo produkuje viac oblakov. odlesňovanie a tepelný stres tlačenie stromoradí pre migráciu Do vyšších nadmorských výšok a zemepisných šírok. dojíma Kde? Tvoria sa oblaky.

„Je to spätná väzba,“ hovorí Dada. „Klíma ovplyvňuje tvorbu oblakov a mraky ovplyvňujú klímu.“

Lepšie klimatické modely pomôžu vedcom predpovedať najlepšie zmiernenie: „Ak potrebujeme viac oblakov, ak potrebujeme menej oblakov,“ hovorí Dada. Problémom však je, že klimatické modely sú neskutočne náročné na výpočty. Začleniť fyziku niečoho takého malého, ako sú tieto stromové aerosóly, nemusí byť jednoduché.

DADA je túto jeseň späť v CERN-e na ďalšie testy. Jeho tím sa chce teraz pozrieť na to, ako antropogénne emisie, ako je oxid siričitý, ovplyvňujú schopnosť rastlín zasievať oblaky. Môžu sa navzájom spomaliť alebo zrýchliť. Ich cieľom je rozšíriť svoje zistenia aj do oblastí, ktoré nie sú také nedotknuté ako les, kde sa vyskytujú mnohé druhy vzájomne prepojených emisií. „Snažíme sa pridať antropogénne faktory, aby sme mali realistickejší pohľad na takmer všade na svete,“ hovorí.

Tento príbeh bol pôvodne publikovaný dňa wired.com,