Эксперимент CLOUD развеивает туман

Эксперимент CLOUD (Cosmic Leaving OUtdoor Droplets) в ЦЕРНе, изучающий влияние космических лучей на аэрозоли и облака, проливает свет на один из самых сложных вопросов атмосферной науки — формирование новых аэрозольных частиц и их роль в климате. Аэрозоли и облака оказывают значительное охлаждающее воздействие на планету, и, по данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC), они представляют собой крупнейший источник неопределенности в современных климатических моделях. Новое исследование CLOUD раскрывает первые шаги формирования облаков, улучшая понимание связи аэрозоль–облако–климат.

Капли облаков формируются на аэрозольных частицах размером более ~50 нм. Эти частицы либо выбрасываются напрямую, либо образуются путем кластеризации (нуклеации) молекул в атмосфере. Около половины всех зародышей облаков, как считается, происходят из нуклеированных частиц, но сам процесс изучен плохо. Серная кислота играет ключевую роль, но для образования частиц в нижних слоях атмосферы ей нужен «клей», предотвращающий испарение кластеров. Ранее CLOUD показал, что таким компонентом могут быть амины, но они встречаются лишь вблизи источников, таких как животноводство.

В новом исследовании CLOUD изучил нуклеацию с участием продуктов окисления биогенного вещества альфа-пинена, придающего запах хвойным лесам. Оказалось, что окисленные биогенные пары действительно образуют новые частицы с серной кислотой, и этот процесс может объяснять значительную долю наблюдаемого в нижней атмосфере образования частиц. Обнаружено, что ионы, создаваемые в атмосфере галактическими космическими лучами, придают кластерам дополнительную стабильность, но только при относительно низких концентрациях серной кислоты и окисленных органических паров.

Помимо экспериментальных данных, команда CLOUD представила результаты квантово-химических расчетов и глобального моделирования. Моделирование, включающее новый механизм нуклеации, впервые воспроизвело наблюдаемую в атмосфере выраженную сезонную вариацию образования частиц. Результаты подтверждают фундаментальную роль деревьев в формировании новых частиц в атмосфере, что визуально проявляется как «голубая дымка» при взгляде на удаленные горы.