การศึกษาของ CERN เผยว่าโมเลกุลอินทรีย์จากต้นไม้มีความเป็นเลิศในการเพาะเมฆ - โลกฟิสิกส์

การศึกษาของ CERN เผยว่าโมเลกุลอินทรีย์จากต้นไม้มีความเป็นเลิศในการเพาะเมฆ - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 5 ตุลาคม 2023 11:20 น.

ลุบนา ดาดา
ผู้เชี่ยวชาญด้านคลาวด์: Lubna Dada และเพื่อนร่วมงานพบว่า sesquiterpenes มีศักยภาพที่จะมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของเมฆ (เอื้อเฟื้อโดย: สถาบัน Paul Scherrer/Markus Fischer)

กลุ่มสารประกอบอินทรีย์ที่ปล่อยออกมาจากต้นไม้อาจมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของเมฆมากกว่าที่คิดไว้มาก นั่นคือบทสรุปของ ลุบนา ดาดา ที่สถาบัน Paul Scherrer ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์และทีมงานระดับนานาชาติ ซึ่งกล่าวว่าข้อมูลเชิงลึกของพวกเขาอาจมีบทบาทสำคัญในการทำนายอนาคตของสภาพภูมิอากาศโลก

เมื่อต้นไม้เกิดความเครียด พวกมันจะปล่อยโมเลกุลอินทรีย์ที่ทำปฏิกิริยากับโอโซน อนุมูลไนเตรต และสารประกอบอื่นๆ ในบรรยากาศ ปฏิกิริยาเหล่านี้สร้างอนุภาคของแข็งขนาดเล็กที่เรียกว่าสารประกอบอินทรีย์ที่มีความผันผวนต่ำเป็นพิเศษ (ULVOCs)

ในบางกรณี ULVOC สามารถเติบโตได้มากพอที่หยดน้ำจะควบแน่นบนพื้นผิว ทำให้เกิดการก่อตัวของเมฆ เมฆมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสภาพอากาศของโลก ซึ่งหลายอย่างยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนัก ดังนั้นการทำความเข้าใจอิทธิพลของ ULVOC จึงไม่สามารถมองข้ามได้ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลก

โมเลกุลที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของ ULVOC อยู่ในไฮโดรคาร์บอนสามประเภทที่เรียกว่าไอโซพรีน โมโนเทอร์พีน และเซสควิเทอร์พีน เพื่อให้เรื่องซับซ้อนขึ้น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศกำลังเปลี่ยนแปลงการปล่อยก๊าซออกสู่ชั้นบรรยากาศ

ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น

“ความเข้มข้นของเทอร์พีนเพิ่มขึ้นเนื่องจากพืชปล่อยสารออกมามากขึ้นเมื่อเผชิญกับความเครียด ตัวอย่างเช่น เมื่อมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นและสภาพอากาศที่รุนแรง และพืชพรรณเผชิญกับความแห้งแล้งบ่อยขึ้น” ดาดาอธิบาย

จากการวิจัยก่อนหน้านี้ ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศมีความเข้าใจอย่างมั่นคงว่าระดับไอโซพรีนและโมโนเทอร์พีนที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อการก่อตัวของเมฆทั่วโลกอย่างไร ช่วยให้พวกเขาคาดการณ์อนาคตของสภาพอากาศโลกได้ดีขึ้น

จนถึงขณะนี้ บทบาทของ sesquiterpenes ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ายากกว่ามากในการระบุ “นี่เป็นเพราะมันค่อนข้างวัดยาก” ดาด้ากล่าว “ประการแรกเพราะมันทำปฏิกิริยากับโอโซนได้เร็วมาก และประการที่สองเพราะมันเกิดขึ้นน้อยกว่าสารอื่นๆ มาก”

แม้จะมีการปล่อยก๊าซน้อยกว่า แต่โมเลกุลเหล่านี้มีแนวโน้มมากกว่าไอโซพรีนและโมโนเทอร์พีนที่จะก่อตัวเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของเมฆ ท้ายที่สุดแล้ว นี่หมายความว่าความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับบทบาทการก่อตัวของเมฆของ sesquiterpene จะมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงแบบจำลองสภาพภูมิอากาศของโลกของเรา

มีเมฆมากที่ CERN

ในการศึกษาของพวกเขา ทีมงานของ Dada ได้สำรวจความสามารถของ sesquiterpenes ในการสร้าง ULVOCs โดยใช้ จักรวาลออกจากหยดกลางแจ้ง ห้อง (CLOUD) ที่ CERN ในเจนีวา ที่นั่น นักวิจัยสามารถจำลองสภาพบรรยากาศต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเมฆได้

“ที่เกือบ 30 ม3ห้องควบคุมสภาพอากาศแบบปิดผนึกนี้เป็นห้องที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก มันบริสุทธิ์มากจนช่วยให้เราสามารถศึกษา sesquiterpenes ได้แม้ในระดับความเข้มข้นต่ำที่บันทึกไว้ในชั้นบรรยากาศ” Dada อธิบาย

เริ่มต้นด้วยส่วนผสมของไอโซพรีนและโมโนเทอร์ปีนเท่านั้น ทีมงานวัดว่าอัตราการก่อตัวของเมฆเปลี่ยนแปลงไปภายในห้องเพาะเลี้ยงอย่างไรเมื่อความเข้มข้นของเซสควิเทอร์พีนเพิ่มขึ้น ผลที่ได้คือทันที แม้ว่าเซสควิเทอร์พีนจะประกอบด้วยส่วนผสมเพียง 2% ภายใน CLOUD Chamber แต่ผลผลิตของ ULVOC ที่เพิ่มขึ้นก็เพิ่มอัตราการก่อตัวของเมฆเป็นสองเท่าแล้ว

ดังที่ Dada อธิบาย “สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลของเซสควิเทอร์พีนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 15 อะตอม ในขณะที่โมโนเทอร์พีนมีเพียงสิบอะตอมและไอโซพรีนเพียงห้าอะตอม” ด้วยน้ำหนักโมเลกุลที่สูงกว่า เซสควิเทอร์พีนจึงมีความผันผวนน้อยกว่าโมเลกุลอีกสองโมเลกุลมาก ทำให้สามารถรวมตัวกันเป็นอนุภาคของแข็งได้ง่ายขึ้น

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าอิทธิพลของการก่อตัวของเมฆของ sesquiterpenes จะต้องรวมอยู่ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลกในอนาคต ดาด้าและเพื่อนร่วมงานหวังว่าการศึกษาของพวกเขาจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศคาดการณ์ได้ดีขึ้นว่าการก่อตัวของเมฆและผลกระทบที่มีต่อชั้นบรรยากาศโลกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อดาวเคราะห์ยังคงร้อนอยู่

จากเทคนิคของพวกเขา นักวิจัยมีเป้าหมายที่จะเห็นภาพที่กว้างขึ้นว่าสภาพภูมิอากาศได้รับผลกระทบจากการปล่อยสารประกอบที่มนุษย์สร้างขึ้นอื่นๆ อย่างไร “ต่อไป เราและพันธมิตร CLOUD ของเราต้องการตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นจริงระหว่างการพัฒนาอุตสาหกรรม” สมาชิกในทีมอธิบาย อิมัด เอล ฮาดดัด. “ในเวลานี้ บรรยากาศทางธรรมชาติเริ่มผสมกับก๊าซที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์มากขึ้น เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แอมโมเนีย และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์”

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์