Danima nakon šumskog požara, vrsta dima može se zadržati u atmosferi koja sadrži sitne, smeđe čestice koje upijaju svetlost poznate kao katranske kugle. Veruje se da ove čestice imaju značajan uticaj na ravnotežu zračenja Zemlje i kao rezultat toga imaju ulogu i u zagrevanju i hlađenju atmosfere.
Formiranje ovih katranskih kuglica još nije dobro poznato, što otežava proučavanje njihovog uticaja na životnu sredinu, rekao je Klaudio Macoleni, profesor fizike na Tehnološkom univerzitetu u Mičigenu.
Dok naučnici znaju da ove čestice utiču i na zagrevanje i na hlađenje atmosfere, potrebno je više informacija o tome kako i zašto. Veliki jaz u ovom znanju proizilazi iz saznanja u kojoj meri ove čestice apsorbuju, prelamaju i reflektuju sunčevo zračenje i svetlost – posebno komplikovane procese za karakterizaciju, rekao je Macoleni.
Kao deo projekta koji nadgleda Laboratorija za molekularne nauke o životnoj sredini (EMSL), Mazzoleni i multiinstitucionalni tim istraživača nedavno su odlučili da utvrde kako tačno sunčevo zračenje reaguje sa pojedinačnim kuglicama katrana raspršenim po planinskom regionu u severnoj Italiji. .
Macoleni je primetio da proučavanje pojedinačnih čestica zahteva naprednu naučnu ekspertizu i instrumentaciju, zbog čega su on i njegov tim došli u EMSL.
„Najbolji način da se to uradi je analiza jedne čestice“, rekao je on. „EMSL ima sve potrebne alate i stručnost.“
Koristeći kombinaciju spektroskopskih alata, tim je odredio specifične optičke osobine i indeks prelamanja, ili meru savijanja svetlosti koja se javlja prilikom prelaska iz jednog medijuma u drugi, pojedinačnih kuglica katrana u regionu. Tim je takođe procenio zračenje čestica — njihov uticaj na količinu sunčeve energije koja dolazi u odnosu na ono što se emituje nazad u svemir.
Sve tehnike zajedno pomažu u određivanju potencijala katranskih kuglica da imaju efekat hlađenja ili zagrevanja u regionu, kao i ukazuju na njihov uticaj na druge atmosferske procese kao što su formiranje vode i leda i rezultirajuće padavine, rekao je Mazzoleni. Informacije takođe pomažu u smanjenju nesigurnosti u klimatskim modelima koji se odnose na atmosferske čestice koje ostaju nakon događaja sagorevanja biomase.
Istraživanje tima nedavno je objavljeno na naslovnoj strani časopisa Environmental Science & Technology.
Ono što čini katranske kugle posebno teškim za proučavanje je njihova situacija među hiljadama drugih čestica u atmosferi, rekao je Svarup Čajna, vođa integrisane istraživačke platforme Terrestrial-Atmospheric Processes u EMSL-u i koautor rada. Pored toga, ne sadrži sav dim kuglice katrana, rekao je.
Imitiranje sastava i atmosferskih uslova ovih čestica u laboratorijskom okruženju je takođe neverovatno teško, rekla je Kina.
„U laboratoriji dobro razumete šta generišete, ali to još uvek nije isto“, rekao je on. „Ove čestice se formiraju tokom vremenskih perioda i morate znati tačne atmosferske uslove koji ih formiraju. To je jedan od razloga da ih posmatrate česticu po česticu.“
Za svoje istraživanje, tim je sakupio dva noćna uzorka aerosola direktno iz atmosfere na povišenoj Klimatskoj opservatoriji Ottavio Vittori na planini Cimone, Italija, kojom upravlja Institut za atmosferske nauke i klimu. Uzorci su posebno uzeti na 7.103 stope.
Tim je koristio multimodalnu mikrospektroskopiju u EMSL-u da bi ispitao pojedinačne čestice i okarakterisao njihov hemijski sastav i funkcionalnosti ugljenika. Zatim su primenili skenirajuću transmisionu elektronsku mikroskopiju zajedno sa spektroskopijom gubitka energije elektrona na EMSL-u da bi dobili indeks prelamanja pojedinačnih kuglica katrana.
Na kraju, procenili su vrh atmosferskog zračenja pomoću modela poznatog kao Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer model. Ovim su otkrili da bi sloj od samo kuglica katrana iznad vegetacije vršio blagu pozitivnu radijaciju na dan vedrog neba, ali veću pozitivno radijaciju kada su oblaci ispod sloja aerosola. Oba ukazuju na to da bi imali efekat zagrevanja atmosfere, sa većim zagrevanjem iznad oblaka.
Mazzoleni je rekao da njihova nedavna otkrića predstavljaju jedan važan deo mnogo veće slagalice sa katranskim kuglicama koja i dalje ostavlja mnogo pitanja. Još uvek je potrebno mnogo različitih vrsta analiza u različitim uslovima, lokacijama i drugim parametrima da bismo u potpunosti razumeli tarne kugle i njihov uticaj na životnu sredinu, rekao je on.
„Različite vrste šuma mogu sagoreti u različitim uslovima što rezultira različitim česticama koje bi i dalje bile okarakterisane kao loptice katrana“, rekla je Suzan Mathai, postdoktorski istraživač na Tehnološkom univerzitetu u Mičigenu i glavni autor rada.
Gledajući u budućnost, tim se nada da će prikupiti i analizirati još više tar kuglica iz različitih oblasti i uslova kako bi dodao dodatne podatke postojećim modelima.
„Ideja bi bila prikupljanje uzoraka na mestima gde dobijate dim od požara na različitim destinacijama u različito vreme u različitim godinama“, rekao je Macoleni. „Potrebni su vam uzorci iz različitih vrsta šuma. Ima još mnogo toga da se uradi. Postoji mnogo neizvesnosti jer je sastav aerosola u atmosferi veoma složen. Što više podataka imamo, to bolje razumemo određene uslove i to bolje naše modeliranje će biti“.
