Ученые нашли в климатических моделях естественную «фабрику» арктических облаков

Фото из открытых источников

Учёные выявили ранее неизвестный естественный процесс в Арктике, который может вызвать резкий рост числа облачных частиц в атмосфере. Это открытие может иметь важные последствия для облачности, того, сколько солнечного света отражается обратно в космос, и для того, как Арктика реагирует на будущие изменения климата.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Geoscience, получены международной командой под руководством Бирмингемского университета с коллегами из Китая и Испании. Исследователи предоставляют первые реальные доказательства того, что мощный процесс формирования частиц происходит там, где арктический морской лёд встречается с открытым океаном. В этой зоне морская жизнь и солнечный свет помогают создавать химическую смесь, которая может наполнять атмосферу частицами, способными влиять на облака.

Облакообразующие частицы поднимаются возле арктического льда

Процесс включает природные йод, серу и органические соединения, которые высвобождаются в воздух и способствуют образованию новых атмосферных частиц. У края морского льда исследователи наблюдали, что количество частиц, способных образовывать облачные капли, увеличилось в пятьдесят раз за один день.

По мере потепления арктической атмосферы тает всё больше морского льда. Это отступление открывает большую область биологически продуктивного ледяного края, где может происходить образование частиц. Эти дополнительные частицы могут изменять облачность, что, в свою очередь, влияет на баланс излучения Земли, изменяя количество энергии, поглощаемой или отражаемой.

Исследование было поддержано Советом по изучению природной среды (NERC). Учёные собрали свои измерения во время экспедиции на борту Королевского исследовательского судна Discovery вокруг Гренландии и пролива Дэвиса весной и летом 2022 года.

Соавтор доктор Джеймс Бриан, доцент кафедры атмосферных наук Бирмингемского университета, сказал: «Наши результаты дают первое в реальном мире подтверждение недавно выявленного механизма атмосферной химии, включающего йод, оксокислоты и серную кислоту. До сих пор этот процесс демонстрировался только в лабораторных экспериментах в камере CLOUD в ЦЕРН.»

Недавно выявленные молекулы помогают частицам расти

Команда также обнаружила ранее неизвестный класс атмосферных соединений, называемых йодосодержащими оксигенированными органическими молекулами (I-OOM). Эти соединения, по-видимому, помогают новообразованным частицам расти, пока они не станут достаточно большими для формирования облаков.

Доктор Джеймс Бриан добавил: «Эти недавно обнаруженные соединения помогают мелким частицам вырастать в более крупные частицы, способные создавать облака — мы считаем, что это первый случай наблюдения таких молекул и подразумевает важные новые пути для химии йода.»

Исследователи обнаружили свидетельства образования новых частиц более чем в 80% солнечных дней, что говорит о распространении этого явления в этой части Арктики. Процесс начинается с выделения соединений в атмосферу, которые затем химически преобразуются солнечным светом. В состав входят:

• Йодные соединения, выделяемые из океана, морского льда и прибрежных районов.
• Диметилсульфид — из морских растений и водорослей.
• Органические соединения, естественным образом выделяющиеся из океана или суши.

Арктические облака могут повлиять на региональное потепление

Автор-корреспондент Цзунбо Ши, профессор атмосферной биогеохимии Бирмингемского университета, руководивший исследованием, сказал: «Наше открытие важно, потому что эти новые частицы могут влиять на облака, которые играют ключевую роль в определении того, сколько тепла удерживается или отражается. Больше облаков или более густые облака в сезон потепления могут потенциально ускорить таяние льда и одновременно охладить открытый океан.»

«Арктика за последние 40 лет потеплела более чем в три раза быстрее среднего по миру, что делает её одним из самых чувствительных регионов Земли к изменению климата. Понимание того, как природные выбросы влияют на облака, крайне важно для прогнозирования изменений климата в этом регионе. Наше открытие поможет климатическим моделям лучше понять, как изменение климата влияет на Арктику и как сам регион влияет на глобальный климат.»

Наибольшие изменения были зафиксированы в маргинальной ледяной зоне — узком участке, где тающий морской лёд встречается с открытой водой и морскими водорослями, особенно продуктивны. Во время одного события в этой зоне концентрация частиц, образующих облака, выросла примерно с 50 до 1500 на кубический сантиметр.

Отсутствующий процесс в климатических моделях

По мере того как арктический морской лёд продолжает отступать, маргинальная ледяная зона становится шире. Это может увеличить область, где происходит этот недавно задокументированный процесс формирования частиц.

Текущие климатические модели не включают этот механизм, что означает, что его потенциальное влияние на арктический климат пока не отражено в прогнозах. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы интегрировать этот процесс в климатические модели, чтобы лучше понять его влияние на регион.