Новое исследование немецкими, финскими и американскими учеными объясняет процесс, которым газ, доносящийся от хвойных деревьев, создает частицы, которые могут отразить солнечный свет или способствовать формированию облака, обеим важным обратным связям климата. Исследование опубликовано 27 февраля по своей природе.«Во многих засаженных деревьями регионах Вы можете пойти и заметить, что частицы, по-видимому, формируются из разреженного воздуха. Они не испускаются ни от чего, они просто появляются», сказал Джоэл Торнтон, адъюнкт-профессор Вашингтонского университета атмосферных наук и второй автор на бумаге.
Исследование показывает химию позади формирования этих частиц и оценивает, что они могут быть доминирующим источником аэрозолей по арктическим лесам. Межправительственная группа экспертов по изменению климата обычно называла аэрозоли одними из самых больших неизвестных для изменения климата.Ученые знали в течение многих десятилетий, что газы от сосен могут сформировать частицы, которые растут всего от 1 миллимикрона в размере к 100 миллимикронам за приблизительно день. Эти бортовые твердые или жидкие частицы могут отразить солнечный свет, и на уровне 100 миллимикронов они достаточно большие, чтобы уплотнить водяной пар и быстрое формирование облака.
В новой газете исследователи провели измерения в финских сосновых лесах и затем моделировали то же самое формирование частицы в воздушной камере в Научно-исследовательском центре Юлиха Германии. Новый тип химической масс-спектрометрии позволил исследователям выбрать 1 в триллионе молекул и следовать за своей эволюцией.Результаты показали, что, когда ароматизированная сосной молекула объединяется с озоном в окружающем воздухе, некоторые получающиеся свободные радикалы захватывают кислород с беспрецедентной скоростью.
«Радикал так отчаянно пытается становиться регулярной молекулой снова, что она реагирует с собой. Новый кислород прерывает водород от соседнего углерода, чтобы держать для себя, и затем больше кислорода входит туда, где водород был прерван», сказал Торнтон.
Текущая химия предсказала бы, что 3 – 5 кислородных молекул могли быть добавлены в день во время окисления, сказал Торнтон. Но исследователи наблюдали свободный радикал, добавляющий 10 – 12 кислородных молекул в единственном шаге. Эта новая, большая молекула хочет быть в твердотельном или жидком состоянии, а не газе, и уплотняет на мелкие частицы всего 3 миллимикронов.
Исследователи нашли, что столь многие из этих молекул произведены, что они могут нанести удар вместе и вырасти до размера, достаточно большого, чтобы влиять на климат.«Я думаю, распутывая ту химию, будет иметь некоторые глубокие воздействия на то, как мы обычно описываем атмосферную химию», сказал Торнтон.Ведущий автор Микаэль Эн сделал работу как постдокторский исследователь в Германии, работающей в группе соавтора Томаса Ментеля.
Эн теперь базируется в Хельсинкском университете в Финляндии.Арктический или сосновые леса испускают самое большое количество этих комплексов, таким образом, открытие особенно важно для северных частей Северной Америки, Европы и России. Другие типы лесов испускают подобные пары, Торнтон сказал, и он полагает, что быстрое окисление может относиться к широкому диапазону атмосферных комплексов.
«Я думаю, что много недостающих частей загадки в атмосферной химии начнет вставать на свое место, как только мы включаем это понимание», сказал Торнтон.Леса, как думают, выделяют по экспоненте больше этих душистых комплексов, когда температуры повышаются. Понимание, как те пары реагируют, могло помочь предсказать, как засаженные деревьями регионы ответят на глобальное потепление, и какую роль они будут играть в ответе планеты.
В связанной работе группа Торнтона была частью кампании прошлым летом, чтобы изучить воздушную химию по Юго-восточным Соединенным Штатам, где аэрозоли, сформированные восстановленными лесные массивы областями или от загрязнения, могли помочь объяснить, почему тот регион не нагрелся так же как другие места.«Это думало, что, поскольку Земля нагревается будет больше этих паров, испускаемых, и некоторая часть их будет преобразована в частицы, которые могут потенциально заштриховать поверхность Земли», сказал Торнтон. «Насколько эффективный, который является при температурном регулировании, все еще в значительной степени нерешенный вопрос».Среди 33 соавторов также Фелипе Лопес-Хилфикер и Бен Ли, и в UW и в исследователях из Копенгагенского университета в Дании, Института Тропосферного Исследования в Германии, Aerodyne Research Inc. в Массачусетсе и Технологического университета Тампере в Финляндии.
Исследование финансировалось европейским Научным советом, Академией Центра передового опыта Финляндии, американского Министерства энергетики и Фонда Эмиля Аэлтонена.