درختان چگونه بر تشکیل ابر تأثیر می گذارند؟
6 اکتبر 2023
به گفته محققانی که روی پروژه بین المللی CLOUD در سرن کار می کنند، تحقیقات جدید نشان می دهد که گازهای هیدروکربنی ساطع شده از گیاهان، نقش عمده ای در تشکیل ابر دارند. این نتیجه، به کاهش پیشبینیهای مدل آب و هوا و به پیشبینی دقیقتر کمک میکند. این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.
بر اساس آخرین پیش بینی های هیئت بین المللی تغییرات آب و هوایی (IPCC)، تا سال 2100، آب و هوای جهانی 1.5 تا 4.4 درجه سانتیگراد گرمتر از قبل از انقلاب صنعتی خواهد بود. این، بر اساس چندین سناریو است که سیر افزتیش انتشار گازهای گلخانه ای را در نتیجه اعمال بشر در آینده، توصیف می کند.
بنابراین، در بهترین حالت، هرچه زودتر این انتشارات را کاهش دهیم، زودتر میتوانیم به هدف تعیین شده در توافقنامه پاریس یعنی 1.5 درجه سانتیگراد کاهش دمای زمین برسیم. در بدترین حالت، از این نرخ ها فراتر خواهیم رفت. با این حال، این انتظارات نامطمئن تلقی می شوند.
به عنوان مثال، اگر انتشار گازهای گلخانه ای به شدت افزایش یابد، نرخ دما بین 3.3 درجه سانتیگراد در حداقل و 5.7 درجه سانتیگراد در حداکثر خود متغیر است.
ناتوانی در پیش بینی دقیق چگونگی تغییر دما در نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای
این به دلیل عدم درک دانشمندان از فرآیندهایی مانند فعل و انفعالات حاصله بین گازهای مختلف و غبار اتمسفر موجود در آن است که در جو رخ می دهد.
درک این فعل و انفعالات هدف پروژه CLOUD (کیهان ها که قطرات فضای باز را ترک می کنند) است که یک همکاری بین المللی با محققان جوی در مرکز تحقیقات هسته ای ژنو است.
رمز و راز تشکیل ابر
چگونگی شکل گیری پوشش ابری در آینده تا حد زیادی در حال حاضر یک راز باقی مانده است. اما کلید پیش بینی آب و هوا در نظر گرفته می شود زیرا ابرها اشعه های خورشیدی را منعکس می کنند و به خنک شدن سطح زمین کمک می کنند.
برای تشکیل قطرات تشکیل دهنده ی ابرها، بخار آب به سطوح تراکم یعنی هسته هایی از مولکول های جامد یا مایع نیاز دارد که بر روی آنها متراکم شود. این ماده به وفور در غبارهای جوی وجود دارد که توسط طبیعت یا اعمال انسانی تولید و در هوا منتشر می شود. این ذرات جامد یا مایع و بسیار ریز هستند و قطر آنها بین 0.1 تا 10 میکرومتر است؛ به عنوان مثال می توانند ذرات نمک دریا، شن و ماسه از بیابان، آلاینده های کارخانه ها و تردد خودروها یا حتی دود و ذرات خاکستر ناشی از آتش سوزی باشند. با این حال، حدود نیمی از هستههای میعانات در واقع زمانی در هوا تشکیل میشوند که مولکولگازهای مختلف با یکدیگر واکنش میدهند و در فرآیندی که متخصصان آن را هستهسازی (NPF) مینامند به مولکولهای جامد تبدیل میشوند. در ابتدا این مولکول ها بسیار کوچک هستند، یعنی کمی بزرگتر از چند نانومتر، اما به مرور زمان بزرگتر می شوند. و این، در نتیجه متراکم شدن مولکول های گاز و سپس تبدیل شدن به هسته های تراکم است.
گازهای گلخانه ای که می توانیم بو کنیم!
گاز دی اکسید گوگرد به شکل اسید سولفوریک که عمدتاً از سوزاندن زغال سنگ و نفت تولید می شود، گاز اولیه در تشکیل این مولکول ها است. و این علاوه بر مهم ترین گازهای طبیعی به نام ایزوپرن ها، مونوترپن ها و سسکوی ترپن ها است. این گازها هیدروکربن هایی هستند که توسط پوشش گیاهی آزاد می شوند و جزء اصلی مواد طبیعی است که مثلاً هنگام بریدن علف ها یا هنگام قدم زدن در جنگل بوی آن ها را حس می کنیم. هنگامی که این مواد اکسید می شوند - یعنی با ازن موجود در هوا واکنش می دهند - گرد و غبار اتمسفر را تشکیل می دهند.
لوبنا دادا، دانشمند اتمسفر و عضو PSI، می گوید: «باید توجه داشت که غلظت دی اکسید گوگرد در هوا به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در نتیجه قوانین سختگیرانه زیست محیطی، این نرخ همچنان رو به کاهش است. در مقابل، غلظت ترپن ها در هوا افزایش می یابد؛ زیرا گیاهان زمانی که در معرض تنش های اقلیمی قرار می گیرند، مقدار بیشتری از آن را آزاد می کنند، برای مثال زمانی است که دما افزایش می یابد و تغییرات عمده ی آب و هوایی رخ می دهد و پوشش گیاهی در معرض خشکسالی مداوم قرار می گیرد.
سوال بزرگی برای بهبود قابلیت پیش بینی آب و هوا باقی می ماند: کدام یک از این عوامل غالب خواهد شد و آیا در نتیجه منجر به افزایش یا کاهش تشکیل ابر می شود؟
برای پاسخ به این سوال باید بدانیم که هر یک از این مواد چه نقشی در تشکیل مولکول های جدید دارند. ما در مورد اسید سولفوریک چیزهای بیشتری می دانیم و به لطف اندازه گیری های انجام شده در آزمایش های میدانی و آزمایش هایی مانند CLOUD که PSI در آن شرکت داشت، اکنون نقش مونوترپن ها و ایزوپرن را بهتر درک می کنیم.
سسکوئی ترپن ها نادر اما موثر هستند
دادا توضیح می دهد که سسکوئی ترپن ها هنوز در خط مقدم تحقیقات قرار نگرفته اند زیرا اندازه گیری آنها دشوار است.
پوشش گیاهی سالانه حدود 465 میلیون تن ایزوپرن و 91 میلیون تن مونوترپن آزاد می کند در حالی که تنها 24 میلیون تن سسکوی ترپن آزاد میکند. با این حال، مطالعه جدید به رهبری دادا نشان می دهد که این ترکیبات نقش کلیدی در تشکیل ابر دارند. بر اساس اندازه گیری ها، این ترکیبات (سسکوی ترپن ها) ده برابر بیشتر از دو ترکیب آلی دیگر (ایزوپرن و مونوترپن ها) در یک غلظت، مولکول تولید می کنند و در تشکیل ابر نقش دارند. برای تعیین این موضوع، دادا و همکارانش از اتاق منحصر به فرد CLOUD در سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای استفاده کردند. CERN محفظه ی محکم و غیر قابل نفوذی است تا بتواند شرایط جوی مختلف را شبیه سازی کند.
دادا می گوید: «در مساحت 30 متر مکعب، آب و هوای اتاق تمیزترین آب و هوا در جهان است. آنقدر خالص که میتوانیم سسکویترپنها را در غلظتهای کمتر از غلظتهای ثبتشده در جو مطالعه کنیم.»
این دقیقاً همان چیزی است که این مطالعه برای انجام آن طراحی شده است: شبیه سازی ترکیب ذرات بیولوژیکی در جو.
به طور خاص، محققان علاقه مند به مطالعه ی دوره قبل از انقلاب صنعتی هستند که در آن هیچ انتشار انسانی از دی اکسید گوگرد وجود نداشت. این اجازه می دهد تا تأثیر اقدامات بشردوستانه مورد انتظار در آینده با وضوح بیشتری برآورد شود. با این حال، دی اکسید گوگرد انسانی از زمان های قدیم در طبیعت گسترده بوده است. همچنین امکان تولید مخلوط های پیش صنعتی را در شرایط مطالعه شده و کنترل شده فراهم می کند.
ذرات همیشه موجود، منجر به ابرهای بیشتری می شوند.
آزمایشها نشان دادهاند که اکسیداسیون مخلوط طبیعی ایزوپرن، مونوترپنها و سسکویترپنها در هوای آزاد، مقدار زیادی و تنوع ترکیباتی به نام ULVOC (ترکیبات آلی با فراریت فوقالعاده کم) تولید میکند. همانطور که به آنها گفته می شود، این ترکیبات به میزان زیادی تبخیر نمی شوند و به طور موثر، گرانول تشکیل می دهند و در طول زمان بزرگتر می شوند و به هسته های متراکم تبدیل می شوند. اثر شگرف سسکوئی ترپن ها زمانی آشکار شد که محققان آن را با مخلوطی از ایزوپرن ها و مونوترپن ها به محفظه اضافه کردند که این امر سرعت تشکیل مولکول های جدید را دو برابر کرد.
دادا می گوید: این را می توان با این واقعیت توضیح داد که سسکوئی ترپن ها از 15 اتم کربن تشکیل شده اند، در حالی که مونوترپن ها از 10 اتم کربن و ایزوپرن ها فقط از 5 اتم تشکیل شده اند.
از سوی دیگر، این مطالعه جنبه ی دیگری از تأثیر پوشش گیاهی بر اقلیم و آب و هوا را نشان می دهد.
با این حال، بالاتر از همه، نتایج تحقیق نشان می دهد که سسکوی ترپن ها باید به عنوان یک عامل جداگانه در مدل های آب و هوایی آینده، در کنار ایزوپرن ها و مونوترپن ها، گنجانده شوند تا پیش بینی های آنها دقیق تر شود. این امر با توجه به کاهش غلظت دی اکسید گوگرد در جو و افزایش همزمان انتشارات زنده در نتیجه استرس آب و هوا صادق است، به این معنی که احتمالاً دومی در آینده برای آب و هوای ما اهمیت فزاینده ای پیدا خواهد کرد. با این حال، مطالعات دیگری نیز برای بهبود بیشتر پیشبینیهای تشکیل ابر مورد نیاز است. این در حال حاضر در آزمایشگاه شیمی اتمسفر برنامه ریزی شده است. او میگوید: «گام بعدی این است که ما و شرکایمان در CLOUD میخواهیم دقیقاً آنچه را که در طول انقلاب صنعتی اتفاق افتاد، زمانی که جو طبیعی به طور فزایندهای با گازهای انسانی مانند دیاکسید گوگرد، آمونیاک و سایر ترکیبات گازی آلی انسانی مخلوط شد، بررسی کنیم».
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031