Новое исследование ученых из Германии, Финляндии и США объясняет процесс, с помощью которого газ, исходящий от хвойных деревьев, создает частицы, которые могут отражать солнечный свет или способствовать образованию облаков, что является важной обратной связью с климатом. Исследование опубликовано 27 февраля в журнале Nature.
«Во многих лесных регионах вы можете пойти и наблюдать частицы, которые, по-видимому, образуются из воздуха. Они не исходят ни из чего, они просто появляются», — сказал Джоэл Торнтон, доцент кафедры атмосферных наук Вашингтонского университета и второй автор статьи. .Исследование показывает химический состав этих частиц и оценивает, что они могут быть основным источником аэрозолей над бореальными лесами. Межправительственная группа экспертов по изменению климата назвала аэрозоли, как правило, одной из самых больших неизвестных причин изменения климата.Ученые десятилетиями знали, что газы из сосен могут образовывать частицы, которые вырастают от 1 до 100 нанометров примерно за день.
Эти находящиеся в воздухе твердые или жидкие частицы могут отражать солнечный свет, а при длине волны 100 нанометров они достаточно велики, чтобы конденсировать водяной пар и вызывать образование облаков.В новой статье исследователи провели измерения в финских сосновых лесах, а затем смоделировали образование таких же частиц в воздушной камере в исследовательском центре Юлиха в Германии. Новый тип химической масс-спектрометрии позволил исследователям выделить 1 из триллиона молекул и проследить их эволюцию.Результаты показали, что когда молекула с запахом сосны соединяется с озоном в окружающем воздухе, некоторые из образующихся свободных радикалов захватывают кислород с беспрецедентной скоростью.
«Радикал так отчаянно пытается снова стать регулярной молекулой, что вступает в реакцию с самим собой. Новый кислород отделяет водород от соседнего углерода, чтобы сохранить его для себя, а затем больше кислорода поступает туда, где оторвался водород», — Торнтон сказал.По словам Торнтона, современная химия предсказывает, что в день во время окисления можно добавлять от 3 до 5 молекул кислорода. Но исследователи наблюдали, как свободный радикал добавляет от 10 до 12 молекул кислорода за один шаг.
Эта новая, более крупная молекула хочет находиться в твердом или жидком состоянии, а не в газе, и конденсируется на маленькие частицы размером всего 3 нанометра. Исследователи обнаружили, что таких молекул производится так много, что они могут слипаться и вырастать до размеров, достаточных для того, чтобы влиять на климат.«Я думаю, что открытие этой химии окажет глубокое влияние на то, как мы описываем химию атмосферы в целом», — сказал Торнтон.
Ведущий автор Микаэль Эн работал докторантом в Германии, работая в группе соавтора Томаса Ментеля. Сейчас Эн работает в Хельсинкском университете в Финляндии.
Бореальные леса или сосновые леса выделяют наибольшее количество этих соединений, поэтому открытие особенно актуально для северных частей Северной Америки, Европы и России. По словам Торнтона, другие типы лесов испускают аналогичные пары, и он считает, что быстрое окисление может относиться к широкому спектру атмосферных соединений.«Я думаю, что многие недостающие кусочки головоломки в химии атмосферы начнут встать на свои места, когда мы включим это понимание», — сказал Торнтон.
Считается, что леса выделяют в геометрической прогрессии больше этих ароматических соединений с повышением температуры. Понимание того, как эти пары реагируют, может помочь предсказать, как лесные регионы отреагируют на глобальное потепление и какую роль они будут играть в ответных реакциях планеты.
В аналогичной работе группа Торнтона участвовала прошлым летом в кампании по изучению химии воздуха над юго-востоком Соединенных Штатов, где аэрозоли, образованные восстановленными лесами или загрязнением, могли помочь объяснить, почему этот регион не нагрелся так сильно, как другие места.«Считается, что по мере того, как Земля нагреется, будет выделяться больше этих паров, и некоторая их часть будет преобразована в частицы, которые потенциально могут затенять поверхность Земли», — сказал Торнтон. «Насколько это эффективно при регулировании температуры, все еще остается открытым вопросом».В число 33 соавторов также входят Фелипе Лопес-Хильфикер и Бен Ли, оба из UW, и исследователи из Копенгагенского университета в Дании, Института тропосферных исследований в Германии, Aerodyne Research Inc. в Массачусетсе и Технологического университета Тампере. в Финляндии.
Исследование финансировалось Европейским исследовательским советом, Центром передового опыта Академии Финляндии, Министерством энергетики США и Фондом Эмиля Аалтонена.