Амазонские дождевые леса как машина по производству облаков: как грозы и транспирация растений создают ядра конденсации

Дождевые леса Амазонского бассейна выделяют огромное количество газообразного изопрена. До сих пор считалось, что эта молекула не переносится высоко в атмосферу, так как быстро распадается под воздействием света. Однако измерительная кампания CAFE-Brazil предоставила данные для двух исследований, опубликованных на обложке журнала Nature, которые демонстрируют, что ночные грозы переносят изопрен на высоту до 15 километров.

Там он вступает в реакцию с образованием химических соединений, способных формировать огромное количество новых аэрозольных частиц. Эти частицы растут и служат ядрами конденсации для формирования облаков. Этот механизм, вероятно, также влияет на климат.

«Только амазонские дождевые леса ответственны более чем за четверть этих выбросов», — объясняет исследователь атмосферы профессор Иоахим Куртиус из Университета Гёте во Франкфурте.

Ответственны за это тропические грозы, которые формируются над лесом ночью. Они всасывают изопрен, как пылесос, и транспортируют его на высоту от 8 до 15 километров. При восходе солнца там образуются гидроксильные радикалы, которые реагируют с изопреном. В условиях экстремально низких температур на этих высотах изопрен превращается в соединения, отличные от тех, что образуются у земли, связываясь с оксидами азота от молний. Многие из этих молекул затем кластеризуются, образуя аэрозольные частицы размером в несколько нанометров. Эти частицы со временем растут и служат ядрами конденсации для водяного пара, играя важную роль в формировании облаков в тропиках.

«Мы смогли пролить свет на эти процессы с помощью исследовательских полетов, которые начинались за два часа до восхода солнца и продолжались в течение дня», — объясняет профессор Йос Леливельд, директор Института химии Общества Макса Планка в Майнце и руководитель проекта CAFE-Brazil. — «Мы обнаружили значительные количества изопрена в воздухе, вытекающем из грозовых облаков на большой высоте, из которого после нескольких химических реакций быстро формировались новые аэрозольные частицы».

Интересно, что даже крайне малые количества серной кислоты и иодсодержащих оксокислот, обычно присутствующих в атмосфере, достаточны для ускорения образования аэрозольных частиц из продуктов изопрена в 100 раз. Эти молекулы могут совместно влиять на формирование морских облаков — процесс, критически неопределенный в климатических прогнозах.

Преобладающие на больших высотах над Амазонкой ветры могут переносить частицы, образовавшиеся из изопрена, на тысячи километров от источника. Это означает, что они могут влиять на облакообразование на больших расстояниях. Поскольку облака, в зависимости от их типа и высоты, как экранируют солнечную радиацию, так и препятствуют уходу тепла в космос, они играют ключевую роль в климате. Исследователи ожидают, что их результаты помогут улучшить климатические модели.

Результаты проекта CAFE-Brazil также показывают, что продолжающаяся вырубка амазонских лесов может влиять на климат двояко. «С одной стороны, выделяются парниковые газы, потому что лес больше не хранит углекислый газ, — говорит Куртиус. — С другой стороны, вырубка леса влияет как на круговорот воды, так и на выбросы изопрена, дополнительно ускоряя изменение климата».