Ученые обнаружили природную «фабрику облаков» в Арктике, отсутствующую в климатических моделях

Ученые обнаружили ранее неизвестный природный процесс в Арктике, который способен резко увеличивать количество частиц, формирующих облака, в атмосфере. Это открытие может существенно повлиять на понимание облачного покрова, отражения солнечного света и реакции региона на будущие изменения климата.

Результаты исследования, опубликованные 5 августа в журнале Nature Geoscience, получены международной командой под руководством Бирмингемского университета при участии ученых из Китая и Испании. Исследователи впервые представили реальные доказательства того, что мощный процесс образования частиц происходит в зоне контакта арктического морского льда с открытым океаном. В этой области морская жизнь и солнечный свет способствуют созданию химической смеси, которая может насыщать атмосферу частицами, влияющими на облака.

Всплеск частиц, формирующих облака, у арктического льда

Процесс включает природные соединения йода, серы и органические вещества, которые выделяются в воздух и способствуют образованию новых атмосферных частиц. У кромки морского льда исследователи наблюдали пятидесятикратное увеличение количества частиц, способных формировать капли облаков, в течение одного дня.

По мере потепления арктической атмосферы тает больше морского льда. Это отступление обнажает большую площадь биологически продуктивной кромки льда, где может происходить образование частиц. Дополнительные частицы могут изменить облачный покров, что, в свою очередь, влияет на радиационный баланс Земли, изменяя количество поглощаемой или отражаемой энергии.

Исследование было поддержано Советом по исследованию природной среды (NERC). Ученые собрали данные во время экспедиции на борту исследовательского судна RRS Discovery у берегов Гренландии и в проливе Дэвиса весной и летом 2022 года.

Соавтор исследования доктор Джеймс Брин, доцент кафедры наук об атмосфере Бирмингемского университета, отметил: «Наши результаты предоставляют первое реальное подтверждение недавно выявленного механизма атмосферной химии с участием йодоксикислот и серной кислоты. До сих пор этот процесс был продемонстрирован только в лабораторных экспериментах в камере CLOUD в ЦЕРНе».

Недавно идентифицированные молекулы помогают росту частиц

Команда также обнаружила ранее неизвестный класс атмосферных соединений — йодсодержащие кислородсодержащие органические молекулы (I-OOM). Эти соединения, по-видимому, помогают вновь образованным частицам расти до размеров, достаточных для влияния на формирование облаков.

Доктор Брин добавил: «Эти недавно идентифицированные соединения помогают мелким частицам вырастать в более крупные, которые могут служить ядрами для облаков. Мы считаем, что такие молекулы наблюдаются впервые, и это указывает на важные новые пути химии йода».

Исследователи обнаружили признаки образования новых частиц более чем в 80% солнечных дней, что указывает на распространенность этого явления в данной части Арктики. Процесс начинается с соединений, выделяющихся в атмосферу, которые затем химически преобразуются под воздействием солнечного света. Ключевые компоненты включают:

• Соединения йода, выделяемые океаном, морским льдом и прибрежными зонами.
• Диметилсульфид, производимый морскими растениями и водорослями.
• Органические соединения, естественным образом выделяемые океаном или сушей.

Арктические облака могут влиять на региональное потепление

Ведущий автор исследования, профессор Цзунбо Ши из Бирмингемского университета, отметил: «Наше открытие важно, потому что эти новые частицы могут влиять на облака, которые играют решающую роль в определении того, сколько тепла сохраняется или отражается. Больше облаков или более плотные облака в теплый сезон могут потенциально ускорить таяние льда, одновременно охлаждая открытый океан».

«Арктика нагревалась более чем в три раза быстрее среднемировых показателей за последние 40 лет, что делает ее одним из наиболее чувствительных регионов Земли к изменению климата. Понимание того, как природные выбросы влияют на облака, имеет решающее значение для прогнозирования климатических изменений 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 зоне маргинального льда — узкой области, где тающий морской лед встречается с открытой водой и морские водоросли особенно продуктивны. Во время одного события в этой зоне концентрация частиц, служащих ядрами для облаков, выросла примерно с 50 до 1500 на кубический сантиметр.

Отсутствующий процесс в климатических моделях

По мере продолжающегося отступления арктического морского льда зона маргинального льда становится шире. Это может увеличить площадь, где происходит этот недавно задокументированный процесс образования частиц.

Современные климатические модели не включают этот механизм, что означает, что его потенциальное влияние на арктический климат пока не отражено в прогнозах. Исследователи сейчас работают над включением этого процесса в климатические модели, чтобы лучше понять его влияние на регион.