Величезна літаюча лабораторія розкриває секрети того, як морське життя впливає на утворення хмар

Життя в океані допомагає виробляти хмари, але існуючі хмари стримують нові хмари

Встаньте на берег океану і вдихніть сильний подих солоного туману, і ви відчуєте неповторний аромат моря. Цей запах стиглого, майже цвілевого? Це сірка.

Щорічно морський планктон дихає повітрям понад 20 млн тонн сірки, переважно у формі диметилсульфіду (DMS). У повітрі ця хімічна речовина може перетворитися на сірку кислий, який допомагає у формуванні хмар, забезпечуючи місце для утворення крапель води. У масштабах світового океану цей процес впливає на весь клімат.

Але нові дослідження з Університету Вісконсін-Медісон, Національного управління океанічних та атмосферних досліджень та інших показують, що більше третини випромінюваних з моря DMS ніколи не можуть допомогти утворити нові хмари, оскільки вони губляться в самих хмарах. Нові знахідки кардинально змінюють панівне розуміння того, як морське життя впливає на хмари, і можуть змінити спосіб вчених передбачити, як утворення хмар реагуватиме на зміни в Світовому океані.

Перший автор дослідження Гордон Новак був сфотографований за допомогою хімічного зондувального обладнання Національного управління океанічних та атмосферних досліджень, використаного у дослідженні. Автор: Автор: Гордон Новак

Відбиваючи сонячне світло назад у космос і контролюючи опади, хмари відіграють важливу роль у глобальному кліматі. Точне їх прогнозування має важливе значення для розуміння наслідків зміни клімату.

“Виявляється, ця історія утворення хмар була дійсно неповною”,-каже Тім Бертрам, професор хімії з Університету Вісконсін-Медісон та старший автор нової доповіді. “Протягом останніх трьох-чотирьох років ми гадали про частини цієї історії, чи то через лабораторні експерименти, чи через масштабні польові експерименти. Тепер ми можемо краще з’єднати точки між тим, що виходить з океану, і тим, як ці частинки які стимулюють утворення хмар ».

Разом із співробітниками з 13 інших установ Гордон Новак, аспірант Університету Вісконсін-Медісон, опублікував аналіз, опублікований 11 жовтня 2021 р. Праці Національної академії наук.

Кілька років тому ця група співробітників на чолі з Патріком Феррісом з NOAA виявила, що на шляху перетворення на сірчану кислоту DMS спочатку перетворюється в молекулу, відому як HPMTF, яка раніше не була визнана. Для нового дослідження команда використовувала НАСАЛітак, завантажений власними інструментами для детального вимірювання цих хімічних речовин над відкритим океаном у хмарах та під сонячним небом.

“Це величезний літак DC-8. Це літаюча лабораторія. По суті, всі сидіння були зняті, і були встановлені дуже точні хімічні інструменти, які дозволяють команді вимірювати, при дуже низьких концентраціях, обидві молекули, що виділяються в атмосферу та всі хімічні проміжні продукти “, – каже він. Бертрам.

Команда виявила з даних польотів, що HPMTF легко розчиняється у краплях води існуючих хмар, назавжди видаляючи цю сірку з процесу зародження хмари. У вільних від хмар областях більша кількість HPMTF залишається, щоб стати сірчаною кислотою і сприяє утворенню нових хмар.

Очолюють співробітники Університет штату ФлоридаКоманда врахувала ці нові виміри у великій глобальній моделі хімічної атмосфери океану. Вони виявили, що таким чином 36% сірки з DMS втрачається хмарами. Ще 15% сірки втрачається внаслідок інших процесів, тому результатом є те, що менше половини вивільнення сірчаного морського планктону, такого як DMS, може сприяти формуванню ядерних хмар.

“Втрата сірки в хмарах зменшує швидкість утворення дрібних частинок, тому зменшує швидкість утворення самих хмарних ядер. Вплив на яскравість хмар та інші властивості доведеться досліджувати в майбутньому”, – каже Бертрам.

Донедавна дослідники переважно ігнорували вплив хмар на хімічні процеси над океаном, почасти тому, що важко отримати хороші дані з шару хмар. Але нове дослідження показує силу правильних інструментів для отримання цих даних та важливу роль, яку можуть грати хмари, навіть впливаючи на процеси, які породжують самі хмари.

“Ця робота справді відкрила цю галузь морської хімії”, – каже Бертрам.

Довідка: «Швидке видалення хмарами продуктів окислення диметилсульфіду обмежує виробництво зародження SO та конденсацію хмар у морській атмосфері» Гордон А. Новак, Чарльз Х. Фетт, Крістофер Д. Холмс, Патрік Р. Ферріс, Дж. Ендрю Ньюман, Ян Валона, Джоел А. Торнтон, Гленн М. Вольф, Майкл Б. Вермей, Крістофер М. Джерніган, Джефф Пешель, Томас Б. Канако Секімото, Т. Булбой, Джонатан Дін Дей, Гленн С. Діскін, Джошуа Б. Деганджі, Джон Б. Новак, Річард Х. Мур, Елізабет Б. Віггінс, Едвард Л. Уінстед, Клер Робінсон, К. Лі Торнхілл, Кевін Дж. Санчес, Семюел Р. Холл, Кірк Ульманн, Максиміліан Доллнер, Бернадет Венціерл, Дональд Р. Блейк та Тімоті Х. Бертрам, 11 жовтня 2021 р. Праці Національної академії наук.
DOI: 10.1073/pnas.2110472118

Ця робота була частково підтримана Національним науковим фондом (грант GEO AGS 1822420 та CHE 1801971), НАСА (грант 80NSSC19K1368 та NNX16AI57G) та Міністерством сільського господарства США (грант CA-D-LAW-2481-H).