Na klima planety Země působí spousta různých faktorů, z nichž některé se jen špatně zkoumají. Další dílek do mozaiky planetárního klimatického modelu, jenž zpřesní předpovědi vývoje klimatu, teď představili fyzici z CERNu.
Experiment v CERNu odkryl chybějící dílek klimatického puzzle
Aerosoly nad Amazonií (zdroj: Flickr Commons/Antti Lipponen)
Klimatologie využívá ty nejmodernější vědecké postupy, pracuje s obrovským množstvím dat i nejpokročilejšími počítačovými modely. Přestože už odborníci dokáží předpovídat vývoj zemského klimatu s velkou přesností, stále narážejí na nejistoty. Jednou z těch největších je chování aerosolových částic v atmosféře, které se extrémně špatně zkoumá.
Aerosoly v klimatickém systému Země hrají důležitou roli, protože vytvářejí mraky a ovlivňují jejich odrazivost i velikost. Většina aerosolů vzniká samovolnou kondenzací molekul, které jsou v atmosféře přítomné jenom v nepatrných koncentracích. Páry zodpovědné za jejich vznik ale nejsou dobře popsané, zejména ty ve vzdálených horních vrstvách troposféry.
- Aerosol je směs malých pevných nebo kapalných částic v plynu. První případ se také označuje jako dým, druhý jako mlha. Rozptýlené částice mají velikost od 10 nanometrů do 10 mikrometrů, což odpovídá shlukům několika molekul až částicím tak hmotným, že už nemohou snadno poletovat v atmosféře.
Právě proto vznikl v rámci Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) projekt CLOUD neboli oblak. Ten zkoumá v laboratorních podmínkách právě to, jak se v atmosféře aerosoly chovají. Vědci z tohoto experimentu ve středu 4. prosince zveřejnili studii, v níž popsali doposud neznámý zdroj částic schopných ovlivňovat oblačnost.
Atmosféra Země v krychli
Experiment CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) v CERNu se skládá z ultračisté komory o objemu 26 metrů krychlových a souboru pokročilých přístrojů, které nepřetržitě analyzují její obsah. Komora obsahuje přesně vybranou směs plynů v atmosférických podmínkách, do níž jsou z protonového synchrotronu CERNu vypouštěny svazky nabitých elementárních částic označovaných jako piony, které napodobují vliv galaktického kosmického záření.
„Vysoké koncentrace aerosolových částic jsme v posledních dvaceti letech pozorovali vysoko nad amazonským deštným pralesem, ale jejich zdroj zůstával až dosud záhadou,“ uvedl mluvčí experimentu CLOUD Jasper Kirkby.
„Naše nejnovější studie ukazuje, že zdrojem je izopren, který se uvolňuje z deštných pralesů. Do vyšších vrstev atmosféry se dostává v hlubokých konvektivních mracích. Izopren představuje rozsáhlý zdroj biogenních částic v současné i předindustriální atmosféře, který ale v současné době v atmosférické chemii a klimatických modelech chybí,“ dodává Kirkby.
Problematická látka
Izopren je uhlovodík obsahující pět atomů uhlíku a osm atomů vodíku. Do okolí ho uvolňují listnaté stromy a další vegetace; jde o nejrozšířenější nemetanový uhlovodík uvolňovaný do atmosféry. Až dosud považovali vědci schopnost izoprenu tvořit nové částice za zanedbatelnou.
Výsledky studie CLOUD ale tento obrázek mění. Když vědci simulovali reakce hydroxylových radikálů (chemické látky se silným vlivem na atmosféru) s izoprenem při teplotách horní troposféry (tedy minus 30 stupňů Celsia až minus 50 stupňů Celsia), zjistili, že při ní vzniká velké množství částic.
Tento nový zdroj aerosolových částic nevyžaduje žádné další výpary. Když však byly do komory CLOUD zavedeny nepatrné koncentrace kyseliny sírové nebo oxokyselin jódu, došlo ke stonásobnému zvýšení rychlosti tvorby aerosolu. Kyselina sírová se dostává do vzduchu hlavně s emisemi oxidu siřičitého z průmyslu, ale v koncentracích, které popsal CLOUD mohou pocházet i z přírody.
Kromě toho tým zjistil, že výsledky oxidace izoprenu způsobují rychlý růst částic do velikosti, při které mohou ovlivňovat klima – toto chování přetrvává i v přítomnosti oxidů dusíku produkovaných blesky vysoko v atmosféře.
Když se tyto částice zvětší dostatečně a pak začnou klesat do nižších výšek, mohou představovat globálně významný zdroj pro vznik mělkých kontinentálních a mořských mraků, které ovlivňují takzvanou radiační bilanci Země. Tento termín označuje množství přicházejícího slunečního záření v porovnání s odcházejícím dlouhovlnným zářením.
Odhady klimatické citlivosti Země
„Tento nový zdroj biogenních částic v horních vrstvách troposféry může ovlivnit odhady klimatické citlivosti Země. Naznačuje totiž, že v nedotčené předindustriální atmosféře vznikalo více aerosolových částic, než se dosud předpokládalo,“ dodává Kirkby. „Dokud ale naše výsledky nebudou ověřené v globálních klimatických modelech, není možné tento vliv kvantifikovat.“
Výsledky studie CLOUD jsou v souladu s pozorováními letadel nad Amazonií.
