Два новаторских исследования с участием исследователей из Университета Гете во Франкфурте, Института химии Макса Планка, Хельсинкского университета, Института тропосферных исследований Лейбница и сотрудничества в Бразилии открыли новый климатический механизм. Тропические леса Амазонки выделяют большое количество газообразного изопрена в результате транспирации растений. Ранее ученые считали, что изопрен не может попасть в атмосферу на большие расстояния, поскольку он быстро разрушается под воздействием солнечного света. Однако данные исследовательской кампании CAFE-Brazil, представленные в статье журнала Nature, показывают иную картину.
Исследования показали, что ночные грозы могут переносить изопрен в воздух на расстояние до 15 километров. На этих больших высотах изопрен реагирует с образованием соединений, которые создают большое количество новых аэрозольных частиц. Эти частицы продолжают расти и становятся ядрами конденсации, способствуя образованию облаков. Этот процесс может повлиять на климат, подчеркивая сложные взаимодействия между экосистемами тропических лесов и динамикой атмосферы.
Кто не наслаждался ароматным ароматом, наполняющим воздух во время летней прогулки по лесу? Частично причиной этого типичного запаха являются терпены — класс веществ, содержащихся в древесных смолах и эфирных маслах. Основная и наиболее распространенная молекула — изопрен. По оценкам, растения по всему миру ежегодно выбрасывают в окружающую атмосферу от 500 до 600 миллионов тонн изопрена, что составляет около половины общих выбросов газообразных органических соединений растениями. Профессор Йоахим Куртиус, исследователь атмосферы из Франкфуртского университета имени Гете, объясняет: «Только тропические леса Амазонки ответственны за более четверти выбросов изопрена».
До сих пор считалось, что изопрен в Амазонке быстро разлагается и не попадает в верхние слои атмосферы. Это связано с тем, что гидроксильные радикалы образуются в атмосфере у земли, когда в течение дня светит солнце. Они обладают высокой реакционной способностью и могут разрушить молекулы изопрена за считанные часы. «Однако теперь мы показали, что это только часть правды. Ночью в тропических лесах все еще есть значительные количества изопрена, и большая часть этих молекул может переноситься выше в атмосферу», — сказал Куртиус.
Причина — тропические грозы, надвигающиеся ночью над тропическим лесом. Они всасывают изопрен, как пылесос, и отправляют его на высоту от 8 до 15 километров. Как только восходит солнце, образуются гидроксильные радикалы, которые реагируют с изопреном. Однако при чрезвычайно низких температурах на больших высотах молекулы тропического леса превращаются в другие соединения, чем те, которые встречаются на уровне земли. Они соединяются с оксидами азота, образующимися при ударе молнии во время грозы. Многие из этих молекул слипаются вместе, образуя аэрозольные частицы размером в несколько нанометров. В свою очередь, эти частицы со временем увеличиваются в размерах и затем становятся ядрами конденсации водяного пара, играя таким образом важную роль в формировании облаков в тропиках.
Профессор Йос Лелиевельд объясняет: «Мы смогли выявить эти процессы посредством исследовательского полета, который начался за два часа до восхода солнца и продолжался в течение дня. Мы смогли обнаружить большое количество изопрена в воздухе, выходящем из высотных гроз, и после нескольких химических реакций быстро образуются новые аэрозольные частицы». Он является директором Института химии Макса Планка в Майнце и директором исследовательского проекта CAFE-Бразилия (Атмосферная химия: бразильский полевой эксперимент), в рамках которого международная исследовательская группа собирает данные об атмосферных химических процессах над тропическими лесами Амазонки. "
Куртиус и Лелиевельд не только являются партнерами CAFE-Brazil, но также участвуют в консорциуме CLOUD, в который входят более 20 исследовательских групп, изучающих химические процессы в атмосфере, связанные с климатом. Они воссоздали условия на этой высоте в Экспериментальной камере аэрозолей и облаков ЦЕРН в Женеве. С помощью этой симуляционной камеры они подробно проанализировали, какие реакции запускает солнечный свет.
Доктор Хэ Сючэн, исследователь атмосферы, ответственный за эксперимент с изопреном, объяснил: «С помощью этого метода мы смогли точно определить скорость, с которой продукты изопрена образуют аэрозольные частицы. Интересно, что исследование показало, что даже следовых количеств серной кислоты и оксидов йода, обычно встречающихся в атмосфере, достаточно, чтобы ускорить образование аэрозольных частиц в 100 раз. Таким образом, эти молекулы могут коллективно влиять на формирование океанских облаков – процесс, который крайне неопределенен. в прогнозах климата».
Серная кислота образуется в атмосфере из различных серосодержащих веществ. В основном он образуется в результате реакции диоксида серы и гидроксильных радикалов. В эксперименте CLOUD исследовательская группа из Франкфурта измерила очень низкие концентрации серной кислоты, а группа из Майнца измерила гидроксильные радикалы.
Высотные ветры над тропическими лесами Амазонки могут переносить образующие изопрен частицы на тысячи километров от их источника. Это означает, что они могут влиять на формирование далеких облаков. Поскольку облака различаются по типу и высоте, они играют жизненно важную роль в формировании климата, блокируя солнечную радиацию и предотвращая излучение тепла в космос. Поэтому исследователи надеются, что их выводы помогут улучшить климатические модели.
Результаты проекта CAFE-Brazil также показывают, что продолжающаяся вырубка тропических лесов Амазонки может повлиять на климат двумя способами. «С одной стороны, поскольку леса больше не накапливают углекислый газ, выделяются парниковые газы. С другой стороны, вырубка лесов влияет на круговорот воды и выбросы изопрена, что еще больше способствует изменению климата», — сказал Куртиус.
Составлено из /ScitechDaily
DOI: 10.1038/s41586-024-08192-4