CLOUD Deneyi, Üst Troposferdeki Yeni Aerosol Parçacıklarının Bulmacasını Çözdü

CERN'deki CLOUD iş birliğinin yeni bir araştırmasına göre, tropikal ormanlar tarafından yayılan izopren, bulutları etkileyen küresel çapta önemli bir aerosol parçacığı kaynağı olabilir

Yakın zamanda Nature dergisinde yayınlanan bir makalede, CERN'deki CLOUD işbirliği, bilim insanlarının iklim modellerini geliştirmelerine yardımcı olabilecek yeni bir atmosferik aerosol parçacığı kaynağını ortaya koyuyor.

 Aerosoller, hem doğal kaynaklardan hem de insan faaliyetlerinden kaynaklanan atmosferde asılı mikroskobik parçacıklardır. Dünya iklim sisteminde önemli bir rol oynarlar çünkü bulutları tohumlarlar ve yansıtma ve kapsama alanlarını etkilerler. Çoğu aerosol, atmosferde yalnızca çok küçük konsantrasyonlarda bulunan moleküllerin kendiliğinden yoğunlaşmasından kaynaklanır. Ancak, oluşumlarından sorumlu buharlar, özellikle uzak üst troposferde, iyi anlaşılmamıştır.

CERN'deki CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) deneyi, kontrollü bir laboratuvar ortamında atmosferik aerosol parçacıklarının oluşumunu ve büyümesini araştırmak için tasarlanmıştır. CLOUD, 26 m3'lük ultra temiz bir oda ve içeriğini sürekli olarak analiz eden bir dizi gelişmiş cihazdan oluşur.  Oda, galaktik kozmik ışınların etkisini taklit etmek için CERN'in Proton Synchrotron'undan yüklü pion ışınlarının ateşlendiği atmosferik koşullar altında hassas bir şekilde seçilmiş bir gaz karışımı içerir.

CLOUD sözcüsü Jasper Kirkby, "Geçtiğimiz yirmi yıl boyunca Amazon yağmur ormanlarının üzerinde yüksek konsantrasyonlarda aerosol parçacıkları gözlemlendi, ancak bunların kaynağı şimdiye kadar bir bilmece olarak kaldı," diyor. "Son çalışmamız, kaynağın yağmur ormanları tarafından yayılan ve derin konvektif bulutlarda yüksek irtifalara taşınan ve burada yüksek oranda yoğunlaşabilir buharlar oluşturmak üzere oksitlenen izopren olduğunu gösteriyor. İzopren, hem günümüz hem de sanayi öncesi atmosferlerde, şu anda atmosfer kimyası ve iklim modellerinde eksik olan, biyojenik parçacıkların geniş bir kaynağını temsil ediyor."

İzopren, beş karbon atomu ve sekiz hidrojen atomu içeren bir hidrokarbondur. Geniş yapraklı ağaçlar ve diğer bitki örtüsü tarafından yayılır ve atmosfere salınan en bol bulunan metan olmayan hidrokarbondur. Şimdiye kadar, izoprenin yeni parçacıklar oluşturma yeteneği ihmal edilebilir düzeyde kabul ediliyordu.

CLOUD sonuçları bu tabloyu değiştiriyor. Hidroksil radikallerinin izoprenle olan reaksiyonunu -30 °C ve -50 °C'lik üst troposferik sıcaklıklarda inceleyerek, işbirliği izopren oksidasyon ürünlerinin ortam izopren konsantrasyonlarında bol miktarda parçacık oluşturduğunu keşfetti. Bu yeni aerosol parçacıkları kaynağı herhangi bir ek buhar gerektirmiyor. Ancak, CLOUD odasına çok az miktarda sülfürik asit veya iyot oksoasitleri sokulduğunda, aerosol oluşum oranında 100 kat artış gözlemlendi. Sülfürik asit esas olarak antropojenik kükürt dioksit emisyonlarından kaynaklansa da, CLOUD'da kullanılan asit konsantrasyonları doğal kaynaklardan da kaynaklanabilir.

Ayrıca ekip, izopren oksidasyon ürünlerinin parçacıkların bulutları tohumlayabilecek ve iklimi etkileyebilecek boyutlara hızla büyümesini sağladığını buldu; bu davranış, üst troposferik konsantrasyonlarda şimşek tarafından üretilen nitrojen oksitlerin varlığında da devam ediyor. Büyümeye ve daha düşük irtifalara doğru alçalmaya devam eden bu parçacıklar, Dünya'nın radyasyon dengesini (gelen güneş radyasyonunun giden uzun dalga radyasyonuna oranı) etkileyen sığ kıtasal ve deniz bulutlarının tohumlanması için küresel olarak önemli bir kaynak sağlayabilir.

Kirkby, "Üst troposferdeki bu yeni biyojenik parçacık kaynağı, Dünya'nın iklim duyarlılığı tahminlerini etkileyebilir, çünkü bu, bozulmamış sanayi öncesi atmosferde daha önce düşünülenden daha fazla aerosol parçacığının üretildiği anlamına geliyor," diye ekliyor. "Ancak, bulgularımız küresel iklim modellerinde değerlendirilene kadar, etkiyi ölçmek mümkün değil."

CLOUD bulguları, Nature dergisinin aynı sayısında yer alan bir makalede bildirildiği üzere Amazon üzerindeki uçak gözlemleriyle tutarlıdır. İki makale birlikte, izopren kaynaklı aerosol oluşumunun önemi ve atmosfer için önemi hakkında ikna edici bir resim sunmaktadır.

2009 yılında faaliyete geçmesinden bu yana CLOUD deneyi, aerosol parçacıklarının Dünya atmosferinin farklı bölgelerinde nasıl oluşup büyüdüğünü ortaya çıkardı.

CERN Araştırma ve Bilgisayar Direktörü Joachim Mnich, “Yeni CLOUD sonucu, iklim araştırmacılarının aerosollerin Dünya iklimindeki kritik rolünü anlamalarına yardımcı olmasının yanı sıra, CERN'in bilimsel programının zengin çeşitliliğini ve hızlandırıcı tabanlı bilimin toplumsal zorlukları ele alma gücünü de ortaya koyuyor” diyor.

Ormanlardan gelen izopren, geceleri derin konvektif bulutlar tarafından üst troposfere etkili bir şekilde taşınır. Gündüz vakti, gece boyunca biriken izopren, gündüz konveksiyonlu izoprenle birlikte, yıldırımdan gelen hidroksil radikalleri ve NOx ile reaksiyona girerek oksijenli izopren organik molekülleri üretir. Bunlar, -30 °C'nin altındaki sıcaklıklarda yüksek parçacık konsantrasyonları üretmek için eser miktarda asitle birleşir. Yeni oluşan parçacıklar, alçalan hava kütlelerini takip ederken birkaç saat ve gün boyunca hızla büyür. Bu mekanizma, Dünya'nın radyasyon dengesini etkileyen sığ kıtasal ve deniz bulutları için kapsamlı bir bulut yoğunlaşma çekirdeği kaynağı sağlayabilir. 

Kaynak

Makale

Görsel: CERN