Таяние арктических льдов создает свои собственные облака
Во время экспедиции у берегов Гренландии ученые зафиксировали, как над кромкой тающего морского льда рождаются мельчайшие частицы, способные стать зародышами облаков. О таком природном процессе ранее ничего не было известно. Своим появлением эти частицы обязаны серной и йодной кислотам, выделявшимся в морской воде. Исследование может заставить климатологов пересмотреть свои знания об атмосферных явлениях. Статья опубликована в журнале Nature Geoscience.
Как было сделано открытие
Экспедицию возглавил Зонгбо Ши из Бирмингемского университета. В мае и июне 2022 года команда ученых прошла на судне RRS Discovery от юго-восточной Гренландии до пролива Дэвиса. Здесь ученые заметили, что там, где арктический лед крошится и перемешивается с открытой водой, воздух насыщается газами. Летом воздух Арктики необычайно чист. Пыль и промышленная сажа туда почти не долетают, поэтому водяному пару практически не на чем конденсироваться. Появление частиц газа, открытых учеными, превращается в главный механизм рождения облаков. Новые частицы регистрировали в течение 13 дней, и в 81% случаев они возникали при солнечной погоде. За два дня наблюдений к западу от Гренландии число таких частиц в кубическом сантиметре воздуха подскочило с 50 до 1500.
Оказалось, что газ образуется из-за химической реакции йода и серы. Морские водоросли и другие организмы выделяют сернистый газ, а воздействие солнца превращает его в серную кислоту. Морской лед и вода выбрасывают соединения йода, которые под действием света становятся двумя йодными кислотами. Приборы улавливали признаки содержания сразу обеих кислот, и только в те дни, когда появлялись новые частицы. При этом аппаратура фиксировала эти признаки только после восхода солнца. Обнаруженные учеными частицы уже получали искусственно в лаборатории CERN, но в атмосфере их ранее никогда не наблюдали.
Почему важен размер частиц
Чтобы стать основой для облачной капли частица должна дорасти примерно до 50 нанометров — это в сотни раз тоньше человеческого волоса. Кислоты, запускавшие процесс образования частиц, практически никак не влияли на их размер. Вместо этого рост частиц обеспечили сотни насыщенных кислородом органических молекул, которые находятся на поверхности океана и ледовой кромки. Ученые насчитали 591 такое соединение. Из них 91 содержали йод и относились к классу молекул, который раньше никогда не видели.
Скорость увеличения частиц составила 1,5–3,6 нанометра в час, что очень быстро для Арктики, а размера в 20 нанометров частицы достигали всего за несколько часов. Но когда под тающим льдом цветут водоросли, богатые хлорофиллом и выделяющие сернистый газ, скорость роста частиц быстро увеличилась до 5 нанометров в час, а сами они за два дня достигли размера в 100 нанометров. Эти химические реакции связаны с потеплением, из-за которого арктические воды выделяют больше йода и серы, чем раньше. Однако общий объем выбросов этих газов пока никто не измерял, поэтому масштаб эффекта пока неясен.
«Остаются важные вопросы: насколько широко эти процессы распространены в пространстве и времени, как новые зародыши облаков влияют на облака и климат и как эти изменения могут, в свою очередь, сказаться на состоянии океана и таянии морского льда. Каждый из этих вопросов — серьезный научный вызов», — сказал Ши.
