Science Advances: Между запахом скошенной травы и изменением климата есть связь

В рамках международного проекта CLOUD, осуществляемого в ядерном исследовательском центре CERN, ученые PSI определили, что так называемые сесквитерпены — газообразные углеводороды, выделяемые растениями, — являются одним из основных факторов формирования облаков.

Это открытие может уменьшить неопределенность в климатических моделях и помочь сделать более точные прогнозы. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Согласно последним прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), к 2100 г. глобальный климат будет теплее доиндустриального уровня на 1,5-4,4 градуса Цельсия. Эта цифра основана на различных сценариях, описывающих развитие антропогенных выбросов парниковых газов в будущем. Таким образом, в лучшем случае, если нам удастся быстро и радикально ограничить выбросы, мы все же сможем достичь целевого показателя в 1,5 градуса, предусмотренного Парижским соглашением. В худшем случае мы окажемся намного выше этого показателя. Однако такие прогнозы также подвержены некоторой неопределенности. Например, в худшем случае, при продолжающемся резком росте выбросов, повышение температуры может составить не 4,4, а 3,3 или 5,7 градуса Цельсия.

Такая неопределенность в прогнозировании изменения температуры в результате конкретного развития событий в области выбросов парниковых газов связана в основном с тем, что ученые еще не до конца понимают все процессы, происходящие в атмосфере, — взаимодействия между различными газами и аэрозолями, находящимися в ней. Их установление является целью проекта CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) — международного сотрудничества исследователей атмосферы в центре ядерных исследований CERN в Женеве. PSI помог построить камеру CLOUD и является членом руководящего комитета проекта.

Тайна образования облаков

В частности, то, как будет развиваться облачный покров в будущем, пока остается во многом туманным. Однако этот фактор является одним из ключевых при прогнозировании климата, поскольку большее количество облаков отражает больше солнечной радиации, тем самым охлаждая поверхность Земли.

Для образования капель, из которых состоят облака, водяному пару необходимы ядра конденсации — твердые или жидкие частицы, на которых он может конденсироваться. Такими частицами являются разнообразные аэрозоли — мельчайшие твердые или жидкие частицы диаметром от 0,1 до 10 мкм, которые образуются и выбрасываются в воздух как природой, так и деятельностью человека. К таким частицам можно отнести, например, морскую соль, песок из пустыни, загрязняющие вещества от промышленности и транспорта или частицы сажи от пожаров. Однако около половины ядер конденсации на самом деле образуются в воздухе, когда различные газообразные молекулы соединяются и превращаются в твердые частицы — это явление специалисты называют «нуклеацией» или „образованием новых частиц“ (NPF). Вначале такие частицы имеют крошечный размер, едва превышающий несколько нанометров, но со временем они могут расти за счет конденсации газообразных молекул и затем становятся ядрами конденсации.

Парниковые газы, которые можно понюхать

Основным антропогенным газом, способствующим образованию частиц, является диоксид серы в виде серной кислоты, образующийся в основном при сжигании угля и нефти. Из природных газов наиболее важными являются так называемые изопрены, монотерпены и сесквитерпены. Это углеводороды, выделяемые в основном растительностью. Они являются ключевыми компонентами эфирных масел, запах которых мы ощущаем, например, когда косим траву или гуляем в лесу. Когда эти вещества окисляются, т.е. реагируют с озоном, в воздухе они образуют аэрозоли.

Следует отметить, что концентрация диоксида серы в воздухе в последние годы значительно снизилась благодаря ужесточению природоохранного законодательства и будет продолжать снижаться, — говорит Любна Дада, специалист по атмосферным явлениям из PSI.

Концентрация терпенов, напротив, растет, поскольку растения выделяют их больше, когда испытывают стресс — например, при повышении температуры и экстремальных погодных условиях, когда растительность чаще подвергается засухе.

Поэтому главный вопрос для улучшения прогнозов климата заключается в том, какой из факторов будет преобладать, что приведет к увеличению или уменьшению образования облаков. Чтобы ответить на него, необходимо знать, какой вклад вносит каждое из этих веществ в образование новых частиц. Многое уже известно о серной кислоте, а роль монотерпенов и изопрена стала более понятной благодаря измерениям в полевых условиях и камерным экспериментам типа CLOUD, в которых принимала участие компания PSI.

Сесквитерпены редки, но эффективны

До сих пор сесквитерпены не были объектом исследований.

Это связано с тем, что их довольно сложно измерить, — объясняет Дада.

Во-первых, потому что они очень быстро реагируют с озоном, а во-вторых, потому что встречаются гораздо реже, чем другие вещества.

Ежегодно выделяется около 465 млн тонн изопрена и 91 млн тонн монотерпенов, в то время как на долю сесквитерпенов приходится всего 24 млн тонн. Тем не менее, новое исследование, ведущим автором которого является Дада, показало, что эти соединения играют важную роль в формировании облаков. Согласно проведенным измерениям, они образуют в десять раз больше частиц, чем два других органических вещества в той же концентрации.

Для определения этого факта Дада и ее соавторы использовали уникальную камеру CLOUD в Европейской организации ядерных исследований (CERN). Камера представляет собой герметичное помещение, в котором можно моделировать различные атмосферные условия. «Эта климатическая камера объемом почти 30 куб. м является самой чистой в своем роде во всем мире», — говорит Дада. „Она настолько чиста, что позволяет изучать сесквитерпены даже в тех низких концентрациях, которые регистрируются в атмосфере“.

Именно это и было целью исследования. Оно было направлено на моделирование образования биогенных частиц в атмосфере. Более конкретно, исследователей интересовало изучение доиндустриальной эпохи, когда не было антропогенных выбросов диоксида серы. Это позволяет более четко определить влияние деятельности человека и спрогнозировать его на будущее. Однако антропогенный диоксид серы уже давно стал повсеместно присутствовать в природе. Это еще одна причина, по которой целесообразно использовать только камеру CLOUD. Кроме того, она позволяет получить доиндустриальную смесь в контролируемых условиях.

Стойкие частицы приводят к увеличению количества облаков

Эксперименты показали, что при окислении природной смеси изопрена, монотерпенов и сесквитерпенов в чистом воздухе образуется большое количество разнообразных органических соединений — так называемых ULVOCs (Ultra-Low-Volatility Organic Compounds). Как следует из названия, они не очень летучи и поэтому очень эффективно образуют частицы, которые со временем могут превратиться в ядра конденсации. Огромное влияние сесквитерпенов проявилось, когда исследователи добавили сесквитерпены в камеру с суспензией, состоящей только из изопренов и монотерпенов. Даже добавление всего двух процентов увеличило скорость образования новых частиц в два раза.

Это можно объяснить тем, что молекула сесквитерпена состоит из 15 атомов углерода, в то время как монотерпены — из десяти, а изопрены — из пяти, — говорит Дада.

С одной стороны, исследование открывает еще один способ влияния растительности на погоду и климат. Однако, с другой стороны, результаты исследования свидетельствуют о необходимости включения сесквитерпенов в качестве отдельного фактора в будущие климатические модели, наряду с изопренами и монотерпенами, для повышения точности прогнозов. Это особенно актуально в свете снижения концентрации диоксида серы в атмосфере и одновременного увеличения биогенных выбросов в результате климатического стресса, что означает, что последний, вероятно, будет приобретать все большее значение для нашего будущего климата. Однако для дальнейшего совершенствования прогнозов формирования облаков необходимы и другие исследования. Такие исследования уже планируются в Лаборатории химии атмосферы.

Далее, — заключает Имад Эль Хаддад, руководитель группы молекулярных процессов в атмосфере, — мы и наши партнеры по проекту CLOUD хотим выяснить, что именно произошло в период индустриализации, когда естественная атмосфера стала все больше смешиваться с антропогенными газами, такими как диоксид серы, аммиак и другие антропогенные органические соединения.

08.09.2023


Подписаться в Telegram



Экология

Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике
Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике

Арктика, ледяная корона Земли, переживает клим...

EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении
EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении

Изменение климата может представлять большую о...

Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных
Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных

Прибрежные леса в Японии преимущественно ...

PTRSB: Эволюция может помешать людям решить проблему изменения климата
PTRSB: Эволюция может помешать людям решить проблему изменения климата

Центральные особенности эволюции человека могу...

Ртуть в тропиках — скрытая опасность
Ртуть в тропиках — скрытая опасность

Неоново-зеленые капюшоны, бирюзовые брюшки, на...

Открыт 3D-материал, способный расщеплять стойкий загрязнитель водоемов
Открыт 3D-материал, способный расщеплять стойкий загрязнитель водоемов

Бразильские исследователи протестировали фоток...

Physics of Fluids: Снежинки помогут ученым составлять прогноз погоды
Physics of Fluids: Снежинки помогут ученым составлять прогноз погоды

В ходе исследования, которое может улучшить пр...

Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед

Готовясь к зиме многие американцы столкну...

Механические устройства для очистки водоемов от пластика ненадежны
Механические устройства для очистки водоемов от пластика ненадежны

Международная группа ученых предостерегла от&n...

Science: Открытие белков-диригентов позволит вывести неприхотливые культуры
Science: Открытие белков-диригентов позволит вывести неприхотливые культуры

Исследователи обнаружили белок, который уплотн...

«Тунберг это не понравится, но счастливые свинки важнее климата»
«Тунберг это не понравится, но счастливые свинки важнее климата»

Производство свинины вызывает обеспокоенность ...

В организмах и жилищах людей найдены пагубные химикаты
В организмах и жилищах людей найдены пагубные химикаты

Пер- и полифторалкильные вещества, PFAS, ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса