Облака играют важную роль в климате Земли. Более того, если верить последнему отчету Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change), именно облака являются «основным источником неопределённости» в современных климатических моделях. Большая часть сомнений относительно того, как облака воздействуют на климат, связана со сложностью механизма их формирования.
Новое исследование учёных, проводимое в рамках эксперимента CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) на базе Европейского центра ядерных исследований (CERN), проливает свет на самый первый этап формирования облаков, следовательно, основной «компонент» климатических моделей. Результаты исследований, опубликованные 16 мая 2014 года в журнале «Science», максимально точно соответствуют атмосферным наблюдениям и могут помочь сделать модели прогнозирования климата более точными.
Формирование капелек облака происходит, когда водяной пар в атмосфере конденсируется на крошечные частицы, источниками которых могут быть как естественные (природные) процессы, так и деятельность человека. Частицы могут также формироваться из ранее попавших в атмосферу газообразных загрязняющих веществ. Превращение молекул газа в кластеры, а потом в частицы носит название «зарождение». В ходе этого процесса производится больше половины частиц, образующих облака по всему миру. Тем не менее механизмы, положенные в основу процесса «зарождения», до конца не выяснены. Учёные заметили, что процесс «зарождения» практически всегда задействует серную кислоту, однако её концентрация недостаточно высока для того, чтобы объяснить скорость образования новых частиц в атмосфере. В ходе исследования был идентифицирован неотъемлемый «ингредиент» рецепта формирования облака, а именно окислённые органические соединения.
Воздух, которым мы дышим, заполнен органическими соединениями — крошечными жидкими и твердыми частицами, которые прибывают из сотен источников, в том числе от деревьев, вулканов, автомобилей, заводов и лесных пожаров. Как только они попадают в атмосферу, это органические соединения начинают видоизменяться. В рамках исследования, результаты которого были опубликованы в 2012 году в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», химик Neil Donahue из Carnegie Mellon University вместе со своими коллегами продемонстрировал, что органические молекулы, выделяемые соснами, которые больше известны под названием альфа-пинен, по несколько раз химически преобразуются в чрезвычайно окисляющей окружающей среде атмосферы. В рамках ещё одного исследования была выдвинута гипотеза, что такие окисленные органические молекулы могут принимать участие в «зарождении» — в формировании новых частиц и их последующем росте. Donahue и международная команда исследователей попытались проверить эту гипотезу в рамках эксперимента CLOUD на базе CERN.
Проект CLOUD — это уникальное средство, позволяющее учёным воссоздавать типичное атмосферное взаимодействие в камере из нержавеющей стали, не содержащей вредные вещества. Выполняя эксперименты в точно регулируемых внешних условиях камеры CLOUD, ученые проекта могут изменять концентрации химических веществ, принимающих участие «зарождении», и затем измерять скорость, с которой формируются новые частицы. В рамках недавнего исследования команда заполнила камеру двуокисью серы и pinnanediol (продуктом окисления альфа-пинена) и произвела гидроксильные радикалы (доминирующий окислитель в атмосфере Земли). В камере начался процесс окисления. Используя масс-спектрометр высокого разрешения, учёные смогли увидеть частицы, формирующие молекулы.
По словам Donahue, оказывается, что серная кислота и окисленные органические соединения чрезвычайной притягиваются друг к другу.
