Pomiary wymiany gazowej między powietrzem i morzem w prognozach klimatycznych

Terminem „gazy śladowe” określa się zawarte w ziemskiej atmosferze gazy inne niż tlen i azot, takie jak na przykład dwutlenek węgla czy para wodna. Wiele tych gazów odpowiada za efekt cieplarniany. Niezwykle ważne jest, aby zrozumieć, jaki wpływ na ich chemię mają interakcje między powietrzem i morzem, do których należy wymiana ciepła, masy i pędu.

Od trzydziestu lat naukowcy przyglądają się powstawaniu chmur i ich obosiecznej roli w podnoszeniu temperatur. Z jednej strony chmury chłodzą planetę, odbijając energię słoneczną z powrotem w przestrzeń kosmiczną, ale z drugiej nasilają ocieplenie poprzez przetrzymywanie ciepła i wypromieniowanie go z powrotem do ziemi. Naukowcy badają te procesy sprzężenia zwrotnego, które potęgują (dodatnie sprzężenie zwrotne) lub osłabiają (ujemne sprzężenie zwrotne) działanie czynników będących motorami zmian klimatu, analizując złożony system obejmujący liczne zmienne. Jak dotąd nie udało się jednak dokładnie oszacować tego oddziaływania.

Aby zająć się tą kwestią i opracować bardziej wiarygodne prognozy zmian klimatu, zespół naukowców, wspierany ze środków unijnego projektu STRATOCLIM, obserwował zachodni zwrotnikowy region Oceanu Indyjskiego (WTIO) w okresie letnich monsunów.

W artykule opublikowanym na łamach czasopisma „Geophysical Research Letters” uczeni piszą, że podczas monsunów letnich WTIO należy do największych źródeł emisji siarczku dimetylu (DMS) do atmosfery. DMS, wytwarzany przez fitoplankton – maleńkie rośliny jednokomórkowe unoszące się w pobliżu powierzchni oceanu – stanowi największe źródło siarki w atmosferze. Aby mogły powstać chmury, woda musi przejść ze stanu gazowego w ciekły. W tym celu przykleja się do drobnych cząsteczek w powietrzu, nazywanych jądrami kondensacji. Aerozole takie, tworzone z DMS, umożliwiają skraplanie się pary wodnej wokół nich.

Jak piszą naukowcy w podsumowaniu badania, znajdujące się na granicy między morzem i atmosferą gazy śladowe oraz ich przekształcanie w aerozole i jądra kondensacji może odgrywać fundamentalną rolę w powstawaniu chmur w środowisku morskim. „Chmury i aerozole mają istotny wpływ na bilans cieplny Ziemi”, dodają uczeni.

Badacze wykorzystali w swoim modelu bezpośrednio zmierzony DMS i skorelowali wyniki pomiarów, jak również wahania poziomów izoprenu oraz rozpylonej wody morskiej, z satelitarnymi pomiarami aerozoli nad WTIO w okresie monsunów letnich. Aerozole to znajdujące się w atmosferze drobne cząsteczki lub kropelki, które zależnie od swojego składu pochłaniają lub odbijają światło słoneczne. Izopren należy do węglowodorów najsilniej emitowanych do atmosfery, zarówno przez roślinność, jak oceany.

Reasumując, uczeni piszą: „Choć zdajemy sobie sprawę, że korelacja nie zawsze oznacza związek przyczynowo-skutkowy, wyniki badania przemawiają za tezą, że biogeniczne gazy śladowe pochodzenia morskiego, a także rozpylona woda morska, wpływają na właściwości aerozoli w skali regionalnej”.

Celem realizowanego aktualnie projektu STRATOCLIM (Stratospheric and upper tropospheric processes for better climate predictions) jest dokładniejsze zrozumienie procesów mikrofizycznych, chemicznych i dynamicznych zachodzących w górnej troposferze i stratosferze, a także poznanie wpływu zmiany klimatu na te procesy. Naukowcy mają nadzieję, że udoskonalone modele posłużą do stworzenia bardziej wiarygodnych i dokładnych prognoz klimatu na powierzchni Ziemi oraz warstwy ozonowej w stratosferze, co powinno mieć istotne znaczenie dla ochrony życia na Ziemi.

Więcej informacji:

Strona internetowa projektu: STRATOCLIM