Čestice aerosola su sitne. Kovitlaju se u vazduhu oko nas, većina je manja od najmanje bube, tanje od najtanje dlake na glavi, paučinaste mrlje praktično nevidljive golim okom. Novoformirani su nano-veličine. Ipak, njihov uticaj je ogroman.
Oni određuju boju zalaska sunca. Oni izazivaju preko tri miliona prevremenih smrti svake godine. A moć koju imaju nad našom klimom je ogromna.
Uprkos njihovom ogromnom efektu, aerosoli su obavijeni velom misterije. Kako nastaju nove čestice aerosola? Gde su rođeni i pod kojim uslovima? Takva pitanja su decenijama mučila klimatske naučnike i prožela klimatske modele dugom neizvesnošću.
U novom radu, tim predvođen naučnicima iz Nacionalne laboratorije Pacifika severozapada Ministarstva energetike konačno je odgovorio na neka od najosnovnijih pitanja o tome kako nove čestice aerosola nastaju. Uzimajući u obzir interakcije na molekularnom nivou između supstanci koje čine ove sićušne čestice u modelu Zemljinog sistema, tim, čiji se rad obavlja u okviru projekta pod nazivom EAGLES (Enabling Aerosol-cloud Interactions at GLobal convection-permitting ScalES), postigao je tri glavne prekretnice.
Integrisali su 11 novih puteva pomoću kojih se nove čestice aerosola formiraju u globalni klimatski model, identifikovali gde se u svetu ti putevi odvijaju i procenili njihov potencijalni uticaj na klimu na Zemlji.
„Odgovarajuće predstavljanje formiranja novih čestica je već neko vreme trn u našim očima“, rekao je naučnik Zemlje i glavni istraživač EAGLES-a, Po-Lun Ma. „Sada kada smo identifikovali ove nove mehanizme, naši rezultati će učiniti dve važne stvari: značajno smanjiti ono što je do sada bio najveći izvor neizvesnosti u nauci o aerosolnoj klimi i poboljšati našu sposobnost da predvidimo kako bi se Zemljini sistem mogao promeniti. .“
Njihovi rezultati su nedavno objavljeni u časopisu Nature. Rad predstavlja zajednički napor mnogih institucija.
Aerosolne čestice nastaju na različite načine. Neki, poznati kao primarni aerosoli, izbacuju se direktno u atmosferu, poput prašine iz pustinje ili pepela iz vulkana. Drugi su rođeni na nebu, proizvodi gasova koji se mešaju u atmosferskom miljeu — to su čestice koje privlače pažnju tima EAGLES.
Nove čestice se ne rađaju bilo gde; postoje žarišta. Veliki deo radnje odvija se iznad šuma, poput prašuma centralne Amazone i jugoistočne Azije.
Tamo, „čist“ vazduh bez primarnih aerosola omogućava pravu vrstu hemijskog mešanja koje ustupa mesto novim česticama. Naučnici su otkrili ogromne koncentracije novih čestica iznad ovih šuma.
Ali današnji klimatski modeli su delimično slepi za ove velike vrhove čestica. Kada se pritisne da procene koliko je čestica prisutno ili gde se u atmosferi pojavljuju, čak i najbolji modeli u velikoj meri potcenjuju njihovu brojnost ili pogrešno identifikuju na kojoj se visini pojavljuju.
Međutim, zahvaljujući novim putevima koje je sastavio EAGLES tim, ova slepa tačka je sada postala jasna. Kada je tim uključio puteve u DOE-ov model Zemljinog sistema, E3SM, vrhovi čestica su odgovarali onome što su videli u posmatranjima u stvarnom svetu.
Ne samo da je revidirani model ispravno simulirao količinu ovih čestica, već se poklapao i tamo gde su ih istraživači pronašli tokom terenskih kampanja, tačno identifikujući da se mnoge nove čestice pojavljuju u gornjoj troposferi. Tim je pronašao sličan uspeh u usklađivanju predviđanja modela sa stvarnim merenjima u drugim žarišnim tačkama, kao što su iznad okeana i gradova.
Kada su pogledali širom sveta, tim je otkrio da je prosečna globalna koncentracija ovih čestica skoro trostruko veća od količine procenjene tradicionalnim metodama.
Aerosoli i oblaci imaju blisku vezu. Čestice aerosola su seme oblaka. Atmosferska vlaga se kondenzuje na površinama čestica aerosola, jedan molekul vode se zgrušava za drugim poput vate šećerne vate koji se naslanjaju na konus.
Osobine čestice — njen hemijski sastav, veličina i struktura — oblikuju karakteristike nastalog oblaka koji se formira oko nje. Jedan tip čestica bi mogao da učini da će njegov odgovarajući oblak manje ili više padati. Drugi bi mogao odrediti da li oblak reflektuje više ili manje sunčeve svetlosti, zauzvrat, određujući da li se Zemljina atmosfera zagreva više ili manje.
Na ovaj način, oblaci i čestice aerosola kontrolišu veći deo našeg vremena i klime. Oni mogu da zagreju, ohlade ili čak promene strukturu i tok Zemljine atmosfere.
Mnogi naučnici veruju da nove čestice — one koje tim EAGLES pokušava da razume — čine otprilike polovinu semena u svetu koje kasnije postaju oblaci. U novom radu, međutim, tim pokazuje da bi ove čestice, u nekim regionima, mogle biti odgovorne za još više.
Nad tropskim okeanima i okeanima srednje geografske širine, lokalno generisane nove čestice mogle bi činiti do 80 procenata materijala na kome se oblaci kondenzuju. Nad Evropom i istočnim Sjedinjenim Državama, oni bi mogli da čine 65 procenata semenskog materijala za oblake.
Razumevanje kako aerosoli utiču na klimu Zemlje je ključni deo predviđanja kako će se naš svet promeniti. Kako nacije nastoje da obuzdaju globalno zagrevanje smanjenjem emisija, klima će reagovati zauzvrat. A poboljšanje klimatskih modela kako bi se bliže odražavala složenost Zemljinog sistema, rekao je Ma, je imperativ u predviđanju klimatskog odgovora.
„Naš sveobuhvatni cilj je da stvorimo sve realnije predstave klimatskog sistema“, rekao je Ma. „A aerosoli su bili glavna prepreka na našem putu ka tom cilju. Toliko se oslanjamo na modele Zemljinog sistema — da testiramo scenarije emisija i predvidimo klimatske reakcije. Što više odražavaju stvarnost, to možemo biti sigurniji u svoja predviđanja. “
Iako ostaje mnogo misterije oko čestica aerosola, rekao je naučnik o Zemlji Hailong Vang, koautor novog rada, istraživači neprestano otklanjaju tu neizvesnost.
„Ne možemo sa sigurnošću reći kakav će biti potpuni uticaj njihovog prisustva ili odsustva dok ne dobijemo čvrsto, mehaničko razumevanje čestica aerosola“, rekao je Vang. „I ovo istraživanje označava značajan korak ka tom razumevanju.“
