บรรยากาศยุคก่อนอุตสาหกรรมมีอนุภาคมากขึ้นและเมฆที่สว่างกว่าที่เราคิดไว้ก่อนหน้านี้ นี้เป็น การค้นพบล่าสุด ของการทดลอง CLOUD ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์ 80 รอบ ๆ ที่ห้องทดลองฟิสิกส์ของอนุภาค CERN ใกล้กับกรุงเจนีวา มันเปลี่ยนความเข้าใจของเราในสิ่งที่อยู่ในบรรยากาศก่อนที่มนุษย์จะเริ่มเพิ่มมลพิษ - และสิ่งที่มันอาจจะเป็นอีกครั้งในอนาคต

หยดเมฆส่วนใหญ่ต้องการอนุภาคในอากาศเล็ก ๆ เพื่อทำหน้าที่เป็น“ เมล็ด” สำหรับการก่อตัวและการเติบโต หากเมฆมีเมล็ดพืชเหล่านี้มากขึ้นและมีหยดน้ำมากขึ้นก็จะสว่างขึ้นและสะท้อนแสงอาทิตย์จากพื้นผิวโลกออกไป สิ่งนี้สามารถทำให้สภาพภูมิอากาศเย็นลง ดังนั้นการเข้าใจจำนวนและขนาดของอนุภาคในชั้นบรรยากาศจึงมีความสำคัญต่อการทำนายไม่เพียง แต่ความสว่างและการสะท้อนของเมฆของดาวเคราะห์ แต่ยังมีอุณหภูมิทั่วโลก

ทุกวันนี้ประมาณครึ่งหนึ่งของอนุภาคเหล่านี้มาจากแหล่งธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงฝุ่นจากพื้นดินภูเขาไฟไฟป่าที่ทำเขม่าหรือสเปรย์ทะเลที่ระเหยกลางอากาศทิ้งไว้เบื้องหลังเกลือขนาดเล็กในบรรยากาศ

อนุภาคในอากาศจำนวนมากยังเป็นผลมาจากเราเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล สิ่งนี้ก่อให้เกิดเขม่า แต่ยังรวมถึงก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ซึ่งกลายเป็นกรดซัลฟูริกในชั้นบรรยากาศด้วย เช่นเดียวกับการก่อให้เกิดฝนกรดโมเลกุลกรดซัลฟิวริกสามารถเกาะติดกันและ เติบโตเป็นอนุภาค. โมเลกุลอื่น ๆ เช่น สารแอมโมเนีย มักจะช่วยยึดโมเลกุลของกรดซัลฟิวริกเข้าด้วยกันและโดยรวมแล้วกระบวนการนี้ก่อตัวขึ้น ประมาณครึ่ง ของอนุภาคการเกิดเมฆในชั้นบรรยากาศวันนี้

พื้นที่ เมฆ การทดลองที่ CERN ก็ค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่า ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากต้นไม้ สามารถติดกันเพื่อสร้างเมล็ดพันธุ์ใหม่ให้กับเมฆในชั้นบรรยากาศโดยไม่ต้องการความช่วยเหลือจากมลพิษอื่น ๆ ตามที่เคยคิดไว้ นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเมล็ดเมฆต้องการกรดซัลฟิวริก (มักผสมกับสารประกอบอื่น ๆ ) หรือโมเลกุลไอโอดีนเพื่อรวมตัวกันเพื่อเริ่มกระบวนการ

ในการศึกษาติดตามผลใหม่ของเราตีพิมพ์ใน PNASเราทำงานร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ CLOUD คนอื่น ๆ เพื่อจำลองกระบวนการนี้ในชั้นบรรยากาศ งานของเราแสดงให้เห็นว่าแม้กระทั่งทุกวันนี้ต้นไม้ก็ยังผลิตเมล็ดพันธุ์เมฆจำนวนมากบนพื้นที่ป่าที่สะอาดที่สุดในโลก

แบบจำลองของบรรยากาศก่อนการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจังและการปฏิวัติอุตสาหกรรมเริ่มขึ้น (ในวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศที่กำหนดเป็นปีที่ 1750) ทำนายอนุภาคน้อยกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน ด้วยอนุภาคที่น้อยกว่าเมฆที่สะอาดกว่าจะสะท้อนพลังงานของดวงอาทิตย์น้อยลงและอาจตอบโต้โดยสังเขปพวกมันน่าจะดูไม่ค่อยดีนัก

การทดลอง CLOUD

ความสามารถของแก๊สจากต้นไม้ (terpenes) ในการสร้างอนุภาคนั้นถูกนำเสนอครั้งแรกใน 1960 เพื่ออธิบาย บลูเฮเซล เห็นมากกว่าป่าในพื้นที่ห่างไกล การทดลองในห้องแล็บหลายครั้งได้รับการยืนยันแล้ว terpenes สามารถช่วยฟอร์ม อนุภาคใหม่แต่เมื่อไม่นานมานี้ก็คิดว่า มลพิษอื่น ๆ เช่นกรดซัลฟิวริก ถูกต้อง

ความคืบหน้าล่าสุดในพื้นที่นี้เป็นผลมาจากการทดลอง CLOUD: กระบอกสแตนเลสขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณสามเมตรและสูงสามเมตร ก๊าซจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบซึ่งมันจะตอบสนองได้มากเท่าที่จะทำได้ในชั้นบรรยากาศแล้วติดกันเพื่อสร้างอนุภาค เครื่องมือล้ำสมัยนี้จะนับโมเลกุลก๊าซและอนุภาคในห้อง เราศึกษาว่าจำนวนของอนุภาคใหม่เกิดขึ้นทุก ๆ การเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเราเพิ่มปริมาณของก๊าซเหนียวในกระบอกสูบ

สิ่งนี้มีความหมายต่อบรรยากาศอย่างไร?

ในบรรยากาศปัจจุบันมีกรดซัลฟิวริกอยู่มากจนยากที่จะวัดว่ามีสิ่งใดมากที่จะก่อให้เกิดอนุภาคใหม่และสู่ก้อนเมฆ อย่างไรก็ตามการจำลองใหม่ของเราโดยใช้ผล CLOUD แสดงให้เห็นว่า terpenes มีความสำคัญมากในบรรยากาศที่สะอาดกว่าเมื่อไม่กี่ร้อยปีก่อน การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าการประมาณความเข้มข้นของอนุภาคในชั้นบรรยากาศอุตสาหกรรมก่อนทำความสะอาดควรเพิ่มขึ้นในขณะที่การประเมินความเข้มข้นของวันนี้ไม่เปลี่ยนแปลง

เป็นการยากที่จะคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำในระยะแรกเนื่องจากไม่เข้าใจกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนทั้งหมด อย่างไรก็ตามผลลัพธ์ใหม่อาจมีความสำคัญเนื่องจากมีอนุภาคมากขึ้นในชั้นบรรยากาศซึ่งหมายถึงเมฆที่สะท้อนกลับและสภาพอากาศที่เย็นกว่า

มลพิษกำบังการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ

ในศตวรรษที่ผ่านมาการระบายความร้อนเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของจำนวนอนุภาคในบรรยากาศได้ชดเชยหรือปิดบังความร้อนบางส่วนเนื่องจากการเพิ่มระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การจำลองของเราแนะนำว่าการระบายความร้อนพิเศษนี้อาจไม่แข็งแกร่งเท่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้

มีเมื่อเร็ว ๆ นี้ เคยเป็นกังวล เมื่อเราปรับปรุงคุณภาพอากาศทั่วโลกโดยรวมโดยการปล่อยอนุภาคน้อยลงสู่ชั้นบรรยากาศเราจะลดความสามารถของอนุภาคในการทำหน้าที่เหมือนเมล็ดเมฆและมีผลทำให้เย็นลง

ในขณะที่การจำลองสถานการณ์ของเรายังไม่แน่นอนความสำคัญที่อาจเกิดขึ้นของกระบวนการใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อเราลดมลพิษจากการเผาไหม้และแหล่งอื่น ๆ สารประกอบจากธรรมชาติอาจมีความสำคัญมากกว่า ด้วยการช่วยเปลี่ยนเมล็ดพันธุ์เมฆจากมลพิษทางอากาศต้นไม้อาจช่วยให้เรา จำกัด อุณหภูมิโลกที่สูงขึ้น

เกี่ยวกับผู้เขียน

Hamish Gordon นักวิจัยด้านวิทยาศาสตร์ Amospheric มหาวิทยาลัยลีดส์

แคทสก็อตต์นักวิจัยด้านวิทยาศาสตร์บรรยากาศ มหาวิทยาลัยลีดส์

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน