Nuovi risultati di uno studio atmosferico sull'Atlantico settentrionale orientale rivelano che minuscole particelle di aerosol che danno origine alla formazione di nuvole possono formarsi quasi dal nulla sull'oceano aperto. Questa "nuova formazione di particelle" si verifica quando la luce solare reagisce con molecole di gas in traccia nello strato limite marino, l'atmosfera entro circa il primo chilometro sopra la superficie terrestre. Le scoperte, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , migliorerà il modo in cui gli aerosol e le nuvole sono rappresentati nei modelli che descrivono il clima terrestre in modo che gli scienziati possano capire come le particelle e i processi che le controllano potrebbero aver influenzato il passato e il presente del pianeta, e fare previsioni migliori sul futuro.

"Quando diciamo 'nuova formazione di particelle, 'stiamo parlando di singole molecole di gas, a volte solo pochi atomi di grandezza, reagire con la luce del sole, " ha detto il coautore dello studio Chongai Kuang, un membro del Dipartimento di Scienze Ambientali e Climatiche presso il Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "È interessante pensare a come qualcosa di quella scala possa avere un tale impatto sul nostro clima, su quanta energia viene riflessa o intrappolata nella nostra atmosfera, " Egli ha detto.

Ma modellando i dettagli di come si formano e crescono le particelle di aerosol, e come le molecole d'acqua si condensano su di esse per diventare goccioline di nuvole e nuvole, tenendo in considerazione come le diverse proprietà dell'aerosol (ad es. la loro dimensione, numero, e distribuzione spaziale) influenzano questi processi è estremamente complesso, specialmente se non si sa da dove provengono tutti gli aerosol. Quindi un team di scienziati di Brookhaven e collaboratori nella ricerca atmosferica in tutto il mondo ha deciso di raccogliere dati in un ambiente oceanico relativamente incontaminato. In quella cornice, si aspettavano che la concentrazione di gas in tracce fosse bassa e la formazione di nubi fosse particolarmente sensibile alle proprietà dell'aerosol, un "laboratorio" ideale per districare le complesse interazioni.

"Questo è stato un esperimento che ha davvero sfruttato l'ampia e collaborativa esperienza di Brookhaven nelle osservazioni di aerosol e nelle osservazioni delle nuvole, " ha detto Kuang. Tre dei principali ricercatori:gli autori principali Guangjie Zheng e Yang Wang, e Jian Wang, investigatore principale della campagna Aerosol and Cloud Experiments in the Eastern North Atlantic (ACE-ENA), ha iniziato il suo coinvolgimento nel progetto mentre lavorava a Brookhaven e sono rimasti stretti collaboratori del Lab da quando si è trasferito alla Washington University di St. Louis nel 2018.

Terra e mare

Lo studio ha utilizzato una stazione di campionamento a terra a lungo termine sull'isola di Graciosa nelle Azzorre (un arcipelago a 850 miglia a ovest del Portogallo continentale) e un aereo Gulfstream-1 dotato di 55 sistemi di strumenti atmosferici per effettuare misurazioni a diverse altitudini sopra il isola e in mare aperto. Sia la stazione di terra che l'aereo appartengono alla struttura utente della misurazione delle radiazioni atmosferiche (ARM) del DOE Office of Science, gestito e gestito da un consorzio di nove laboratori nazionali DOE.

Il team ha pilotato l'aereo su "voli di focene, " salendo e scendendo attraverso lo strato limite per ottenere profili verticali delle particelle e delle molecole di gas precursore presenti a diverse altitudini. E hanno coordinato questi voli con misurazioni prese dalla stazione di terra.

Gli scienziati non si aspettavano che si verificasse la formazione di nuove particelle nello strato limite in questo ambiente perché si aspettavano che la concentrazione dei gas in traccia precursori critici sarebbe stata troppo bassa.

"Ma c'erano particelle che abbiamo misurato sulla superficie che erano più grandi delle particelle appena formate, e non sapevamo da dove venissero, "ha detto Kuang.

Le misurazioni degli aerei hanno dato loro la risposta.

"Questo aereo ha avuto schemi di volo molto specifici durante la campagna di misurazioni, " Ha detto Kuang. "Hanno visto prove che la formazione di nuove particelle stava avvenendo in alto, non in superficie ma nello strato limite superiore." Le prove includevano una combinazione di elevate concentrazioni di piccole particelle, basse concentrazioni di superficie aerosol preesistente, e chiari segni che i gas traccia reattivi come il dimetil solfuro venivano trasportati verticalmente, insieme a condizioni atmosferiche favorevoli a quei gas per reagire con la luce solare.

"Quindi, una volta che queste particelle di aerosol si sono formate, attraggono ulteriori molecole di gas, che condensano e fanno crescere le particelle fino a circa 80-90 nanometri di diametro. Queste particelle più grandi vengono quindi trasportate verso il basso, ed è quello che misuriamo in superficie, "ha detto Kuang.

"Le misurazioni della superficie più le misurazioni degli aerei ci danno un'ottima percezione spaziale dei processi di aerosol che stanno avvenendo, " ha osservato.

A una certa dimensione, le particelle diventano abbastanza grandi da attirare il vapore acqueo, che si condensa formando goccioline di nuvole, e infine nuvole.

Sia le singole particelle di aerosol sospese nell'atmosfera che le nuvole che alla fine formano possono riflettere e/o assorbire la luce solare e influenzare la temperatura della Terra, Ha spiegato Kuang.

Implicazioni dello studio

Quindi ora che gli scienziati sanno che si stanno formando nuove particelle di aerosol nell'oceano aperto, cosa possono fare con queste informazioni?

"Prenderemo questa conoscenza di ciò che sta accadendo e ci assicureremo che questo processo venga catturato nelle simulazioni del sistema climatico terrestre, "ha detto Kuang.

Un'altra domanda importante:"Se questo è un ambiente così pulito, allora da dove vengono tutti questi gas precursori?" chiese Kuang. "Ci sono alcuni importanti gas precursori generati dall'attività biologica nell'oceano (ad es. dimetil solfuro) che può anche portare alla formazione di nuove particelle. Questo può essere un bel proseguimento di questo studio, esplorando quelle fonti".

Comprendere il destino dei gas biogeni come il dimetil solfuro, che è una fonte molto importante di zolfo nell'atmosfera, è la chiave per migliorare la capacità degli scienziati di prevedere come i cambiamenti nella produttività degli oceani influenzeranno la formazione di aerosol e, per estensione, clima.