Обнаружен новый механизм быстрого образования и роста аэрозолей в верхней тропосфере

Коллаборация CLOUD сообщает в статье, опубликованной в журнале Nature, о новом неожиданном механизме формирования и роста аэрозольных частиц в верхней тропосфере Земли. Этот механизм может представлять собой крупный источник частиц, служащих ядрами конденсации для облаков и льда, в областях верхней тропосферы с эффективным вертикальным переносом аммиака, например, над регионами азиатского муссона.

Известно, что аэрозольные частицы в целом охлаждают климат, отражая солнечный свет обратно в космос и повышая отражательную способность облаков. Однако процессы образования новых аэрозолей в атмосфере изучены относительно слабо.

"Вновь образующиеся аэрозольные частицы повсеместно распространены в верхней тропосфере, но пары и механизмы, управляющие их формированием, поняты недостаточно", — объясняет представитель CLOUD Джаспер Киркби. — "В экспериментах, проведенных в камере CLOUD в ЦЕРНе в условиях, имитирующих холодную верхнюю тропосферу, мы обнаружили новый механизм чрезвычайно быстрого образования и роста частиц с участием новых смесей паров".

Используя в камере смеси паров серной кислоты, азотной кислоты и аммиака в атмосферных концентрациях, команда CLOUD обнаружила, что эти три соединения синергетически образуют новые частицы со скоростью, значительно превышающей скорость для любой комбинации двух из них. Три компонента вместе формируют частицы в 10–1000 раз быстрее, чем смесь серной кислоты и аммиака, которая, согласно предыдущим измерениям CLOUD, считалась основным источником частиц в верхней тропосфере. После образования эти трёхкомпонентные частицы могут быстро расти за счёт конденсации только азотной кислоты и аммиака до размеров, при которых они становятся ядрами для облаков.

Более того, измерения CLOUD показывают, что эти частицы высокоэффективны в качестве ядер для кристаллов льда, сравнимо с частицами пустынной пыли, которые считаются наиболее распространёнными и эффективными ледяными ядрами в атмосфере. Образование льда оказывает большое влияние на микрофизические свойства облаков и осадки.

Исследователи CLOUD также ввели свои данные в глобальные аэрозольные модели, учитывающие вертикальный перенос аммиака глубокими конвективными облаками. Модели показали, что хотя частицы образуются локально в богатых аммиаком областях верхней тропосферы, например, над Азией, они могут переноситься субтропическим струйным течением из Азии в Северную Америку всего за три дня, потенциально влияя на климат в межконтинентальном масштабе.

"Наши результаты повысят надежность глобальных климатических моделей в учете образования аэрозолей в верхней тропосфере и прогнозировании будущих климатических изменений", — говорит Киркби. — "CLOUD вновь обнаруживает, что антропогенный аммиак оказывает существенное влияние на атмосферные аэрозольные частицы, и наши исследования информируют политику в области будущего регулирования загрязнения воздуха".