Organisk molekyle fra træer udmærker sig ved at så skyer, afslører CERN-undersøgelse - Physics World

Organisk molekyle fra træer udmærker sig ved at så skyer, afslører CERN-undersøgelse - Physics World

Tidsstempel: 5. oktober 2023 kl. 11

Lubna Dada
Skyekspert: Lubna Dada og kolleger har fundet ud af, at sesquiterpener har potentialet til at spille en vigtig rolle i skydannelse. (Med høflighed: Paul Scherrer Institute/Markus Fischer)

En familie af organiske forbindelser frigivet af træer kan spille en langt større rolle i skydannelsen end hidtil antaget. Det er konklusionen på Lubna Dada på schweiziske Paul Scherrer Institut og et internationalt team, som siger, at deres indsigt kan spille en afgørende rolle i at forudsige fremtiden for Jordens klima.

Når træer kommer under stress, frigiver de organiske molekyler, der reagerer med ozon, nitratradikaler og andre forbindelser i atmosfæren. Disse reaktioner skaber bittesmå faste partikler kaldet ultra-low-volatility organic compounds (ULVOC'er).

I nogle tilfælde kan ULVOC'er vokse sig store nok til, at vanddråber kan kondensere på deres overflader, hvilket tilskynder til skydannelse. Skyer har betydelige virkninger på Jordens klima - hvoraf mange er dårligt forstået. Derfor kan forståelsen af ​​ULVOC'ers indflydelse ikke overses i globale klimamodeller.

De vigtigste molekyler involveret i ULVOC-dannelse er i tre typer kulbrinter kaldet isopren, monoterpen og sesquiterpen. For at komplicere sagerne mener forskere, at klimaændringerne nu ændrer deres emission til atmosfæren.

Stigende koncentration

"Koncentrationen af ​​terpener er stigende, fordi planterne frigiver flere af dem, når de oplever stress - for eksempel når der er en stigning i temperaturer og ekstreme vejrforhold, og vegetationen er hyppigere udsat for tørke," forklarer Dada.

Gennem tidligere forskning har klimaforskere nu en solid forståelse af, hvordan stigende niveauer af isopren og monoterpen påvirker global skydannelse – hvilket hjælper dem med at komme med bedre forudsigelser om fremtiden for Jordens klima.

Hidtil har rollen som sesquiterpener vist sig langt sværere at fastlægge. "Det er fordi de er ret svære at måle," siger Dada. "For det første fordi de reagerer meget hurtigt med ozon, og for det andet fordi de forekommer meget sjældnere end de andre stoffer."

På trods af deres lavere emission er disse molekyler mere tilbøjelige end isopren og monoterpen til at danne de store partikler, der er nødvendige for skydannelse. I sidste ende betyder det, at en dybere forståelse af sesquiterpenes skydannende rolle vil være afgørende for at forbedre vores modeller af Jordens klima.

Overskyet ved CERN

I deres undersøgelse undersøgte Dadas team sesquiterpenes evne til at danne ULVOC'er ved hjælp af Kosmik, der forlader udendørsdråber (CLOUD) kammer ved CERN i Genève. Der kan forskerne simulere forskellige atmosfæriske forhold, der er involveret i skydannelse.

"Ved næsten 30 m3, dette forseglede klimakammer er det reneste af sin slags på verdensplan. Det er så rent, at det giver os mulighed for at studere sesquiterpener selv ved de lave koncentrationer, der er registreret i atmosfæren,” forklarer Dada.

Startende med en blanding af kun isopren og monoterpen, målte holdet, hvordan hastigheden af ​​skydannelse ændrede sig inde i kammeret, efterhånden som koncentrationen af ​​sesquiterpen blev øget. Effekten var øjeblikkelig. Selv når sesquiterpen kun udgjorde 2% af blandingen inde i CLOUD-kammeret, havde dets øgede udbytte af ULVOC'er allerede fordoblet skydannelseshastigheden.

Som Dada forklarer: "Dette kan forklares ved, at et sesquiterpenmolekyle består af 15 carbonatomer, mens monoterpener kun består af ti og isoprener kun fem." Med sin højere molekylvægt er sesquiterpen stadig langt mindre flygtigt end de to andre molekyler, hvilket gør det muligt at smelte sammen til faste partikler.

Resultaterne viser, at den skydannende indflydelse af sesquiterpener skal indgå i fremtidige globale klimamodeller. Dada og kolleger håber, at deres undersøgelse vil gøre det muligt for klimaforskere at komme med bedre forudsigelser om, hvordan skydannelsen og dens indvirkning på Jordens atmosfære vil ændre sig, efterhånden som planeten fortsætter med at varme.

Med udgangspunkt i deres teknikker vil forskerne nu forsøge at få et bredere billede af, hvordan klimaet allerede er blevet påvirket af emissioner af andre menneskeskabte forbindelser. "Dernæst vil vi og vores CLOUD-partnere undersøge, hvad der præcist skete under industrialiseringen," forklarer teammedlem, Imad El Haddad. "På dette tidspunkt blev den naturlige atmosfære i stigende grad blandet med menneskeskabte gasser som svovldioxid, ammoniak og andre menneskeskabte organiske forbindelser."

Forskningen er beskrevet i Science Forskud.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden