Исследователи решают еще один фрагмент головоломки о том, как леса могут влиять на наш климат
В первом глобальном исследовании оценено, как выделяемые лесом соединения влияют на облачные зародыши через образование малолетучих паров. Согласно новым расчетам, наземная растительность ежегодно выбрасывает в атмосферу несколько миллионов тонн чрезвычайно малолетучих органических соединений (ELVOCs). Эти продукты окисления таких соединений, как монотерпены, приводят к увеличению количества конденсирующихся паров, которые могут далее формировать ядра конденсации облаков над континентами и, таким образом, влиять на образование облаков. Поэтому они могут играть важную роль для климата, особенно в крупных лесных регионах мира, таких как тайга или тропические леса.
К такому выводу пришло международное исследование под руководством Института тропосферных исследований им. Лейбница (TROPOS) и Хельсинкского университета. Результаты были получены в лабораторном эксперименте в Лейпциге. Они впервые показывают для ряда природных соединений, которые вместе составляют около 70% биологических выбросов углеводородов, сколько каждое соединение производит малолетучих продуктов и как они могут влиять на климат через образование аэрозольных частиц. Исследование опубликовано в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Аэрозольные частицы действуют как капли облаков, отражая солнечное излучение обратно в космос и охлаждая планету. Они играют решающую роль в образовании облаков и, следовательно, также влияют на осадки, облачный покров и климат в целом. Крошечные аэрозольные частицы могут происходить, например, из пыли, пыльцы или морских брызг, выбрасываемых прямо в атмосферу, или они могут образовываться из газов-предшественников. Это превращение газа в частицы — сложный процесс, и некоторые этапы его первых шагов все еще остаются нерешенными для ученых. Это включает роль окисленных летучих органических соединений, таких как лимонен и альфа-пинен, типичные ароматы цитрусовых и хвойных лесов, в образовании аэрозолей.
Международной группе атмосферных химиков и физиков, возможно, удалось решить еще один фрагмент климатической головоломки с помощью лабораторных экспериментов и глобального моделирования. Ключом к этим результатам стало исследование под руководством команды из Хельсинкского университета (Финляндия) и Исследовательского центра Юлиха (Германия). Открытие чрезвычайно малолетучих органических соединений (ELVOCs) было опубликовано в прошлом году в Nature. Эти наблюдаемые высокоокисленные органические вещества могут поддерживать рост мельчайших наночастиц и, таким образом, объяснять вклад органических соединений в образование аэрозолей. В журнале Angewandte Chemie Йокинен и коллеги сообщают, что автоокисление, которое может, например, портить пластик или продукты, также играет важную роль в атмосферном образовании аэрозолей.
Чтобы исследовать образование ELVOCs, команда изучила пять распространенных биогенных органических соединений с разной химической структурой. Все соединения реагировали с озоном и OH-радикалами, производя ELVOCs. Они обнаружили, что образование ELVOCs происходит очень быстро и что химическая структура газов-предшественников определяет, насколько эффективно они образуют ELVOCs.
«Структура биогенных соединений, выбрасываемых в атмосферу, влияет на то, как они окисляются в воздухе и образуют ли они пары, способные конденсироваться», — резюмирует ведущий автор Туйя Йокинен из Хельсинкского университета. «Наши результаты показывают, что озонирование монотерпенов, таких как α-пинен или лимонен, приводит к большей эффективности производства ELVOCs, чем хорошо известное окисление через OH-радикалы. С другой стороны, β-пинен, мирцен и изопрен производят гораздо меньше ELVOCs», — подчеркивает д-р Торстен Берндт из TROPOS.
Результаты экспериментов были включены в глобальную атмосферную модель для оценки влияния ELVOCs на образование и рост частиц в атмосфере. Согласно исследователям, расширенная модель в этом исследовании является первой глобальной аэрозольной моделью, которая сочетает процессы образования вторичного органического аэрозоля (SOA) с производством ELVOCs из экспериментов. «Результаты показывают, что биогенные процессы, формирующие SOA в целом и недавно открытые соединения ELVOC в частности, играют чрезвычайно важную роль в химии атмосферы», — объясняет профессор Хартмут Херрманн, глава отдела атмосферной химии TROPOS. Недавно опубликованные результаты исследований предоставляют дополнительные доказательства того, что леса могут влиять на климат, производя малолетучие пары, способные конденсироваться и увеличивать аэрозольные частицы. Эти результаты помогут улучшить климатические модели.