Ogromne latające laboratorium ujawnia tajemnice wpływu życia morskiego na powstawanie chmur

Życie w oceanie pomaga wytwarzać chmury, ale istniejące chmury utrzymują nowe chmury na dystans

Stań na brzegu oceanu i wdychaj silny zapach słonej mgły, a poczujesz niepowtarzalny aromat morza. Ten zapach dojrzałego, prawie spleśniałego? To jest siarka.

Plankton morski każdego roku wdycha ponad 20 milionów ton siarki, głównie w postaci siarczku dimetylu (DMS). W powietrzu ta substancja chemiczna może zamienić się w siarkę kwaśny, który pomaga w tworzeniu się chmur, zapewniając miejsce powstawania kropel wody. W skali światowych oceanów proces ten wpływa na cały klimat.

Ale nowe badania z University of Wisconsin-Madison, National Oceanic and Atmospheric Administration i innych pokazują, że ponad jedna trzecia DMS emitowanego z morza nigdy nie może pomóc w tworzeniu nowych chmur, ponieważ same giną w chmurach. Nowe odkrycia radykalnie zmieniają dominującą wiedzę na temat wpływu życia morskiego na chmury i mogą zmienić sposób, w jaki naukowcy przewidują, w jaki sposób formowanie się chmur zareaguje na zmiany w oceanach.

Pierwszy autor badania, Gordon Novak, został sfotografowany przy użyciu sprzętu do wykrywania chemicznego National Oceanic and Atmospheric Administration używanego w badaniu. Źródło: dzięki uprzejmości Gordona Novak

Odbijając światło słoneczne z powrotem w kosmos i kontrolując opady, chmury odgrywają ważną rolę w globalnym klimacie. Dokładne ich przewidywanie jest niezbędne do zrozumienia skutków zmian klimatycznych.

„Okazuje się, że ta historia formowania się chmur była naprawdę niekompletna” – mówi Tim Bertram, profesor chemii na Uniwersytecie Wisconsin-Madison i starszy autor nowego raportu. „Przez ostatnie trzy lub cztery lata zastanawialiśmy się nad częściami tej historii, czy to poprzez eksperymenty laboratoryjne, czy poprzez eksperymenty terenowe na dużą skalę. Teraz możemy lepiej połączyć kropki między tym, co wychodzi z oceanu, a tym, jak te cząstki które sprzyjają tworzeniu się chmur. ”.

Wraz ze współpracownikami z 13 innych instytucji, Gordon Novak, doktorant Uniwersytetu Wisconsin-Madison, przedstawił analizę opublikowaną 11 października 2021 r. w Materiały Narodowej Akademii Nauk.

Kilka lat temu ta grupa współpracowników, kierowana przez Patricka Ferrisa z NOAA, odkryła, że ​​na drodze do przemiany w kwas siarkowy DMS najpierw przekształca się w cząsteczkę znaną jako HPMTF, której wcześniej nie rozpoznawano. W nowym badaniu zespół wykorzystał NASASamolot załadowany zastrzeżonymi przyrządami do wykonywania szczegółowych pomiarów tych substancji chemicznych nad otwartym oceanem w chmurach i pod słonecznym niebem.

„To masywny samolot DC-8. To latające laboratorium. Zasadniczo usunięto wszystkie siedzenia i umieszczono bardzo precyzyjne instrumenty chemiczne, które pozwalają zespołowi mierzyć, przy bardzo niskich stężeniach, obie cząsteczki uwalniane do wnętrza atmosfery i wszystkich chemicznych półproduktów”, mówi Bertram.

Zespół odkrył na podstawie danych z lotu, że HPMTF łatwo rozpuszcza się w kropelkach wody istniejących chmur, trwale usuwając tę ​​siarkę z procesu zarodkowania chmury. W obszarach wolnych od chmur więcej HPMTF pozostaje do przekształcenia się w kwas siarkowy i pomaga tworzyć nowe chmury.

Prowadzone przez współpracowników Uniwersytet Stanowy FlorydyZespół uwzględnił te nowe pomiary w dużym globalnym modelu chemii atmosfery oceanów. Odkryli, że w ten sposób 36% siarki z DMS jest tracone do chmur. Kolejne 15% siarki jest tracone w wyniku innych procesów, w wyniku czego mniej niż połowa uwalnianego siarkowego planktonu morskiego, takiego jak DMS, może pomóc w tworzeniu chmur jądrowych.

„Utrata siarki w chmurach zmniejsza tempo powstawania małych cząstek, a więc zmniejsza tempo powstawania samych jąder chmur. Wpływ na jasność chmur i inne właściwości będą musiały zostać zbadane w przyszłości” – mówi Bertram.

Do niedawna badacze w dużej mierze ignorowali wpływ chmur na procesy chemiczne za oceanem, po części dlatego, że dobre dane z warstwy chmur są trudne do uzyskania. Jednak nowe badanie pokazuje moc odpowiednich narzędzi do pozyskiwania tych danych i ważne role, jakie mogą odgrywać chmury, nawet wpływając na procesy, które same w sobie powodują powstawanie chmur.

„Ta praca naprawdę ponownie otworzyła ten obszar chemii morskiej” – mówi Bertram.

Odniesienie: „Szybkie usuwanie chmur produktów utleniania siarczku dimetylu ogranicza wytwarzanie zarodkowania SO i kondensacji chmur w atmosferze morskiej” Gordon A. Novak, Charles H. Fett, Christopher D. Holmes, Patrick R. Ferris, J. Andrew Newman, Ian Valona, ​​Joel A. Thornton, Glenn M. Wolf, Michael B. Vermeuil, Christopher M. Jernigan, Jeff Peschel, Thomas B. Kanako Sekimoto, T. Paul Boye, Jonathan Dean-Day, Glenn S. Diskin, Joshua B. Deganji, John B. Nowak, Richard H. Moore, Elizabeth B. Wiggins, Edward L. Winstead, Claire Robinson, K. Lee Thornhill, Kevin J. Sanchez, Samuel R. Hall, Kirk Ullmann, Maximilian Dollner, Bernadette Wenzierl, Donald R. Blake i Timothy H. Bertram, 11 października 2021 roku, Materiały Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2110472118

Prace te były częściowo wspierane przez Narodową Fundację Nauki (dotacja GEO AGS 1822420 i CHE 1801971), NASA (dotacja 80NSSC19K1368 i NNX16AI57G) oraz Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (dotacja CA-D-LAW-2481-H).