Esiteollisessa ilmakehässä oli enemmän hiukkasia ja siten kirkkaampia pilviä kuin aiemmin ajateltiin. Tämä on uusin löytö CLOUD-kokeesta, noin 80 tutkijan yhteistyöstä CERNin hiukkasfysiikan laboratoriossa Geneven lähellä. Se muuttaa käsitystämme siitä, mitä ilmakehässä oli ennen kuin ihmiset alkoivat lisätä saasteita – ja millaista se saattaa olla uudelleen tulevaisuudessa.
Useimmat pilvipisarat tarvitsevat pieniä ilmassa leijuvia hiukkasia, jotka toimivat "siemeninä" muodostumistaan ja kasvuaan varten. Jos pilvessä on enemmän näitä siemeniä ja siten enemmän pisaroita, se näyttää kirkkaammalta ja heijastaa enemmän auringonvaloa maan pinnalta. Tämä puolestaan voi viilentää ilmastoa. Siksi ilmakehän hiukkasten määrän ja koon ymmärtäminen on elintärkeää paitsi planeetan pilvien kirkkaiden ja heijastavien ominaisuuksien ennustamiseksi, myös maapallon lämpötilojen ennustamiseksi.
Nykyään noin puolet näistä hiukkasista on peräisin luonnollisista lähteistä. Näihin kuuluvat maanpinnasta nokea tuottava pöly, tulivuoret, nokea tuottavat metsäpalot tai merivesisuihku, joka haihtuu ilmasta jättäen jälkeensä pieniä suolahiukkasia ilmakehään.
Monet ilmassa leijuvat hiukkaset ovat peräisin myös fossiilisten polttoaineiden polttamisesta. Tämä tuottaa nokea, mutta myös rikkidioksidikaasua, joka muuttuu ilmakehässä rikkihapoksi. Happosateiden lisäksi rikkihappomolekyylit voivat tarttua toisiinsa ja kasvaa hiukkasiksiMuut molekyylit, kuten ammoniakki usein auttavat liimaamaan rikkihappomolekyylit yhteen, ja kokonaisuudessaan tämä prosessi muodostaa noin puolet pilviä kylvävistä hiukkasista nykypäivän ilmakehässä.
PILVI CERNissä tehdyssä kokeessa havaittiin myös äskettäin, että puiden päästämät kaasut voivat tarttua yhteen ja muodostaa uusia pilvien siemeniä ilmakehässä – ilman, että tarvitaan apua muilta epäpuhtauksilta, kuten aiemmin on ajateltu. Tutkijat olivat ajatelleet, että pilvien siemenet tarvitsivat rikkihappoa (usein sekoitettuna muihin yhdisteisiin) tai jodimolekyylejä tarttuakseen yhteen prosessin käynnistämiseksi.
Uudessa seurantatutkimuksessamme, joka julkaistiin vuonna PNASTyöskentelimme muiden CLOUD-tutkijoiden kanssa simuloidaksemme tätä prosessia ilmakehässä. Työmme viittaa siihen, että puut tuottavat tänäkin päivänä suuren osan pilvisiemenistä maailman puhtaimmilla metsäalueilla.
Ilmakehän simulaatiot ennen fossiilisten polttoaineiden polttamisen alkamista tosissaan ja teollisen vallankumouksen alkua (ilmastotieteessä määriteltynä vuodeksi 1750) ennustavat vähemmän hiukkasia kuin nykyään. Vähemmän hiukkasia sisältävien puhtaampien pilvien ansiosta ne olisivat heijastaneet vähemmän auringon energiaa ja, kenties vastoin intuitiota, ne olisivat näyttäneet hieman harmaammilta.
CLOUD-kokeilu
Puiden kaasujen (terpeenien) kyky muodostaa hiukkasia ehdotettiin ensimmäisen kerran vuonna 1960 selittämään siniset utut nähty syrjäseutujen metsien yllä. Monet laboratoriokokeet ovat sittemmin vahvistaneet terpeenit voi auttaa muodostamaan uusia hiukkasia, mutta viime aikoihin asti luultiin, että muut epäpuhtaudet, kuten rikkihappo vaadittiin.
Suuri osa viimeaikaisesta edistyksestä tällä alueella on CLOUD-kokeen ansiota: ruostumattomasta teräksestä valmistettu sylinteri, jonka halkaisija on noin kolme metriä ja korkeus kolme metriä. Sylinteriin ruiskutetaan kaasuja, joissa ne reagoivat paljolti samalla tavalla kuin ilmakehässä ja tarttuvat sitten yhteen muodostaen hiukkasia. Huippuluokan laitteet laskevat kammiossa olevat kaasumolekyylit ja hiukkaset. Tutkimme, miten joka sekunti muodostuvien uusien hiukkasten määrä muuttuu, kun lisäämme sylinterissä olevien tahmeiden kaasujen määrää.
Mitä tämä tarkoittaa ilmakehälle?
Nykyilmakehässä on niin paljon rikkihappoa, että on vaikea mitata, kuinka paljon mikään muu aine vaikuttaa uusien hiukkasten muodostumiseen ja siten pilvien syntymiseen. Uusi CLOUD-tuloksia käyttävä simulaatiomme osoittaa kuitenkin, että terpeenit olivat erittäin tärkeitä puhtaammassa ilmakehässä muutama sata vuotta sitten. Tietokonemallinnus viittaa siihen, että puhtaamman esiteollisen ilmakehän hiukkaspitoisuuksien arvioita tulisi nostaa, kun taas nykyisten pitoisuuksien arvioimme ovat enimmäkseen muuttumattomia.
Tarkkojen ennusteiden tekeminen on vaikeaa tässä varhaisessa vaiheessa, koska kaikkia monimutkaisia kemiallisia prosesseja ei vielä ymmärretä. Uudet tulokset voivat kuitenkin olla tärkeitä, koska ilmakehän suurempi hiukkasmäärä tarkoittaa heijastavampia pilviä ja viileämpää ilmastoa.
Saasteet peittävät ilmastonmuutoksen
Viimeisen vuosisadan aikana ilmakehän hiukkasten määrän kasvun aiheuttama viilentyminen on kompensoinut tai peittänyt osan hiilidioksidipitoisuuksien kasvusta johtuvasta lämpenemisestä. Simulaatiomme viittaavat siihen, että tämä ylimääräinen viilentyminen ei ehkä ole ollut niin voimakasta kuin aiemmin on ajateltu.
Siellä on äskettäin ollut huolia että samalla kun parannamme yhdessä ilmanlaatua kaikkialla maailmassa päästämällä vähemmän hiukkasia ilmakehään, vähennämme myös hiukkasten kykyä toimia pilvisiemeninä ja viilentää niitä.
Vaikka simulaatiomme ovat edelleen melko epävarmoja, tämän uuden prosessin mahdollinen merkitys viittaa siihen, että kun vähennämme palamisesta ja muista lähteistä peräisin olevaa saastetta, luonnollisista yhdisteistä voi jälleen tulla tärkeämpiä. Auttamalla korvaamaan ilmansaasteista peräisin olevia pilvisiemeniä puut saattavat auttaa meitä rajoittamaan maapallon lämpötilan nousua.
Author
Hamish Gordon, amosfääritieteen tutkija, Leedsin yliopisto
Cat Scott, ilmakehätieteiden tutkija, Leedsin yliopisto
Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.
Liittyvät kirjat:
{amazonWS:searchindex=Kirjat;avainsanat=ilmastonmuutos;maxresults=3}
