Organiska molekyler från träd utmärker sig när det gäller att så moln, visar CERN-studien – Physics World

Organiska molekyler från träd utmärker sig när det gäller att så moln, visar CERN-studien – Physics World

Tidsstämpel: 5 oktober 2023 11:20

Lubna Dada
Molnexpert: Lubna Dada och kollegor har funnit att sesquiterpener har potential att spela en viktig roll i molnbildning. (Med tillstånd: Paul Scherrer Institute/Markus Fischer)

En familj av organiska föreningar som frigörs av träd kan spela en mycket större roll i molnbildningen än vad man tidigare trott. Det är slutsatsen av Lubna Dada vid schweiziska Paul Scherrer Institute och ett internationellt team, som säger att deras insikter kan spela en avgörande roll för att förutsäga framtiden för jordens klimat.

När träd utsätts för stress frigör de organiska molekyler som reagerar med ozon, nitratradikaler och andra föreningar i atmosfären. Dessa reaktioner skapar små fasta partiklar som kallas organiska föreningar med ultralåg flyktighet (ULVOC).

I vissa fall kan ULVOC växa tillräckligt stora för att vattendroppar ska kondensera på deras ytor, vilket uppmuntrar molnbildning. Moln har betydande effekter på jordens klimat – av vilka många är dåligt förstådda. Därför kan förståelsen av ULVOC:s inflytande inte förbises i globala klimatmodeller.

De viktigaste molekylerna som är involverade i ULVOC-bildning finns i tre typer av kolväten som kallas isopren, monoterpen och sesquiterpen. För att komplicera saken tror forskare att klimatförändringarna nu förändrar deras utsläpp till atmosfären.

Ökar koncentrationen

"Koncentrationen av terpener ökar eftersom växter släpper ut mer av dem när de upplever stress – till exempel när det blir en ökning av temperaturer och extrema väderförhållanden och växtlighet är mer frekvent utsatt för torka", förklarar Dada.

Genom tidigare forskning har klimatforskare nu en solid förståelse för hur ökande nivåer av isopren och monoterpen påverkar global molnbildning – vilket hjälper dem att göra bättre förutsägelser om framtiden för jordens klimat.

Hittills har rollen som sesquiterpener visat sig vara mycket svårare att fastställa. "Detta beror på att de är ganska svåra att mäta", säger Dada. "För det första för att de reagerar väldigt snabbt med ozon, och för det andra för att de förekommer mycket mer sällan än de andra ämnena."

Trots deras lägre emission är det mer sannolikt att dessa molekyler än isopren och monoterpen bildar de stora partiklar som krävs för molnbildning. I slutändan betyder detta att en djupare förståelse av sesquiterpenes molnbildande roll kommer att vara avgörande för att förbättra våra modeller av jordens klimat.

Molnigt vid CERN

I sin studie undersökte Dadas team förmågan hos sesquiterpener att bilda ULVOC med hjälp av Kosmik som lämnar utomhusdroppar (MOLN) kammare vid CERN i Genève. Där kan forskarna simulera olika atmosfäriska förhållanden som är involverade i molnbildning.

"Vid nästan 30 m3, denna förseglade klimatkammare är den renaste i sitt slag över hela världen. Den är så ren att den tillåter oss att studera sesquiterpener även vid de låga koncentrationer som registreras i atmosfären, förklarar Dada.

Med början med en blandning av endast isopren och monoterpen, mätte teamet hur hastigheten av molnbildning förändrades inuti kammaren när koncentrationen av seskviterpen ökade. Effekten var omedelbar. Även när sesquiterpen utgjorde bara 2% av blandningen inuti CLOUD-kammaren, hade dess ökade utbyte av ULVOC redan fördubblat molnbildningshastigheten.

Som Dada förklarar, "Detta kan förklaras av det faktum att en seskviterpenmolekyl består av 15 kolatomer, medan monoterpener endast består av tio och isoprener endast fem." Med sin högre molekylvikt är sesquiterpen mycket mindre flyktig än de andra två molekylerna, vilket gör att det lättare kan smälta samman till fasta partiklar.

Resultaten visar att den molnbildande påverkan av seskviterpener måste inkluderas i framtida globala klimatmodeller. Dada och kollegor hoppas att deras studie kommer att göra det möjligt för klimatforskare att göra bättre förutsägelser om hur molnbildningen och dess inverkan på jordens atmosfär kommer att förändras när planeten fortsätter att värmas upp.

Med utgångspunkt i sina tekniker ska forskarna nu försöka få en bredare bild av hur klimatet redan har påverkats av utsläpp av andra konstgjorda föreningar. "Närnäst vill vi och våra CLOUD-partners undersöka exakt vad som hände under industrialiseringen", förklarar teammedlem, Imad El Haddad. "Vid den här tiden blev den naturliga atmosfären alltmer blandad med antropogena gaser som svaveldioxid, ammoniak och andra antropogena organiska föreningar."

Forskningen beskrivs i Vetenskap Förskott.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden