Organiske molekyler fra trær utmerker seg ved å så skyer, viser CERN-studien – Physics World

Organiske molekyler fra trær utmerker seg ved å så skyer, viser CERN-studien – Physics World

Tidsstempel: 5. oktober 2023 11:20

Lubna Dada
Skyekspert: Lubna Dada og kolleger har funnet ut at sesquiterpener har potensial til å spille en viktig rolle i skydannelse. (Med tillatelse: Paul Scherrer Institute/Markus Fischer)

En familie av organiske forbindelser frigjort av trær kan spille en langt større rolle i skydannelse enn tidligere antatt. Det er konklusjonen på Lubna Dada ved Sveits Paul Scherrer Institute og et internasjonalt team, som sier at deres innsikt kan spille en avgjørende rolle i å forutsi fremtiden til jordens klima.

Når trær kommer under stress, frigjør de organiske molekyler som reagerer med ozon, nitratradikaler og andre forbindelser i atmosfæren. Disse reaksjonene skaper bittesmå faste partikler kalt organiske forbindelser med ultralav flyktighet (ULVOC).

I noen tilfeller kan ULVOC vokse seg store nok til at vanndråper kondenserer på overflaten, og oppmuntrer til skydannelse. Skyer har betydelige effekter på jordens klima - hvorav mange er dårlig forstått. Derfor kan forståelsen av påvirkningen av ULVOC ikke overses i globale klimamodeller.

De viktigste molekylene involvert i ULVOC-dannelse er i tre typer hydrokarboner kalt isopren, monoterpen og sesquiterpen. For å komplisere saken, mener forskere at klimaendringene nå endrer deres utslipp til atmosfæren.

Økende konsentrasjon

– Konsentrasjonen av terpener øker fordi planter frigjør mer av dem når de opplever stress – for eksempel når det er en økning i temperaturer og ekstreme værforhold og vegetasjon oftere blir utsatt for tørke, forklarer Dada.

Gjennom tidligere forskning har klimaforskere nå en solid forståelse av hvordan økende nivåer av isopren og monoterpen påvirker global skydannelse – noe som hjelper dem med å gi bedre spådommer om fremtiden til jordens klima.

Så langt har rollen til sesquiterpenes vist seg langt vanskeligere å finne ut. "Dette er fordi de er ganske vanskelige å måle," sier Dada. "For det første fordi de reagerer veldig raskt med ozon, og for det andre fordi de forekommer mye sjeldnere enn de andre stoffene."

Til tross for deres lavere utslipp, er det mer sannsynlig at disse molekylene enn isopren og monoterpen danner de store partiklene som er nødvendige for skydannelse. Til syvende og sist betyr dette at en dypere forståelse av sesquiterpenes skydannende rolle vil være avgjørende for å forbedre våre modeller av jordens klima.

Overskyet ved CERN

I sin studie undersøkte Dadas team sesquiterpenes evne til å danne ULVOC ved hjelp av Kosmikk som forlater utendørsdråper (CLOUD) kammer ved CERN i Genève. Der kan forskerne simulere ulike atmosfæriske forhold som er involvert i skydannelse.

«Ved nesten 30 m3, dette forseglede klimakammeret er det reneste i sitt slag over hele verden. Den er så ren at den lar oss studere sesquiterpener selv ved de lave konsentrasjonene som er registrert i atmosfæren, forklarer Dada.

Startet med en blanding av kun isopren og monoterpen, målte teamet hvordan skydannelseshastigheten endret seg inne i kammeret etter hvert som konsentrasjonen av seskviterpen ble økt. Effekten var umiddelbar. Selv når sesquiterpen utgjorde bare 2 % av blandingen inne i CLOUD-kammeret, hadde dets økte utbytte av ULVOC allerede doblet skydannelseshastigheten.

Som Dada forklarer, "Dette kan forklares med det faktum at et sesquiterpene-molekyl består av 15 karbonatomer, mens monoterpener består av bare ti og isoprener bare fem." Med sin høyere molekylvekt er sesquiterpen fortsatt langt mindre flyktig enn de to andre molekylene, noe som gjør at det lettere kan smelte sammen til faste partikler.

Resultatene viser at den skydannende påvirkningen av sesquiterpener må inkluderes i fremtidige globale klimamodeller. Dada og kollegene håper at studien deres vil tillate klimaforskere å gi bedre spådommer om hvordan skydannelsen og dens innvirkning på jordens atmosfære vil endre seg ettersom planeten fortsetter å varmes opp.

Med utgangspunkt i teknikkene deres vil forskerne nå ta sikte på å få et bredere bilde av hvordan klimaet allerede har blitt påvirket av utslipp av andre menneskeskapte forbindelser. "Deretter ønsker vi og våre CLOUD-partnere å undersøke hva som skjedde under industrialiseringen," forklarer teammedlem, Imad El Haddad. "På dette tidspunktet ble den naturlige atmosfæren i økende grad blandet med menneskeskapte gasser som svoveldioksid, ammoniakk og andre menneskeskapte organiske forbindelser."

Forskningen er beskrevet i Vitenskap Fremskritt.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden