Крошечные частицы, из которых образуются облака, могут формироваться из следовых газов над открытым морем

Новые результаты атмосферного исследования в восточной части Северной Атлантики показывают, что крошечные аэрозольные частицы, служащие ядрами для образования облаков, могут формироваться практически «из ничего» над открытым океаном. Этот процесс «новообразования частиц» происходит, когда солнечный свет взаимодействует с молекулами следовых газов в морском пограничном слое — атмосфере в пределах примерно первого километра над поверхностью Земли. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, позволят улучшить представление аэрозолей и облаков в моделях, описывающих климат Земли, чтобы ученые могли понять, как эти частицы и контролирующие их процессы могли влиять на прошлое и настоящее планеты, и делать более точные прогнозы на будущее.

Моделирование деталей формирования и роста аэрозольных частиц, а также конденсации на них молекул воды в облачные капли — с учетом влияния различных свойств аэрозолей (размера, количества, распределения) — является крайне сложной задачей, особенно при неполном понимании их источников. Поэтому команда ученых из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и их коллег по всему миру провела сбор данных в относительно чистой океанической среде. В таких условиях ожидалась низкая концентрация следовых газов и особая чувствительность облакообразования к свойствам аэрозолей, что создавало идеальную «лабораторию» для изучения сложных взаимодействий.

Исследование использовало долгосрочную наземную станцию на острове Грасиоза (Азорские острова) и самолет Gulfstream-1, оснащенный 55 атмосферными инструментами, для измерений на разных высотах над островом и в открытом море. Оба объекта принадлежат пользовательскому объекту Министерства энергетики США ARM (Atmospheric Radiation Measurement). Ученые не ожидали, что новообразование частиц будет происходить в пограничном слое в этой среде, предполагая слишком низкую концентрацию ключевых газов-предшественников.

Однако измерения с самолета, выполнявшего «ныряющие» профили по высоте, дали ответ. «Они увидели свидетельства того, что новообразование частиц происходит в верхней части пограничного слоя, а не у поверхности», — сказал соавтор исследования Чонгай Куанг. Признаками этого были повышенные концентрации мелких частиц, низкая концентрация поверхности уже существующих аэрозолей и явные указания на вертикальный перенос реакционноспособных следовых газов, таких как диметилсульфид, в условиях, благоприятных для их реакции с солнечным светом.

Сформировавшись, частицы притягивают дополнительные молекулы газа, конденсируются и вырастают примерно до 80–90 нанометров в диаметре. Затем эти более крупные частицы переносятся вниз, где их и фиксируют наземные измерения. Достигнув определенного размера, частицы становятся достаточно большими, чтобы притягивать водяной пар, конденсирующийся в облачные капли и, в конечном итоге, облака.

«Мы возьмем эти знания о происходящем процессе и позаботимся о том, чтобы он был учтен в симуляциях климатической системы Земли», — отметил Куанг. Важным остается вопрос об источниках газов-предшественников в чистой среде, одним из которых может быть биологическая активность в океане (например, выбросы диметилсульфида). Понимание судьбы таких биогенных газов является ключом к улучшению прогнозирования того, как изменения в продуктивности океана повлияют на образование аэрозолей и, как следствие, на климат.