Συμμετοχή Ερευνητών του Ινστιτούτου Κύπρου σε Διεθνή Μελέτη

• Ανακάλυψαν νέο Μηχανισμό Σχηματισμού και Ανάπτυξης Σωματιδίων στην Ανώτερη Τροπόσφαιρα

Διεθνής ομάδα ερευνητών, μεταξύ των οποίων επιστήμονες από το Κέντρο Αριστείας για την Κλιματική και Ατμοσφαιρική Έρευνα (CARE-C) του Ινστιτούτου Κύπρου (ΙΚυ) και από το Max Planck Institute for Chemistry της Γερμανίας, ανακάλυψαν έναν νέο μηχανισμό σχηματισμού και ανάπτυξης σωματιδίων στην ανώτερη τροπόσφαιρα, μέσω μιας απρόσμενης συνέργειας μεταξύ ατμών νιτρικού οξέος, θειικού οξέος και αμμωνίας. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο έγκυρο επιστημονικό περιοδικό Nature.

Μέσω πειραμάτων στον θάλαμο νεφών του CERN, σε συνδυασμό με υπολογιστική προσομοίωση, ο σχηματισμός των σωματιδίων είναι εντυπωσιακά γρήγορος και εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα της αμμωνίας. Η διαδικασία αυτή μπορεί να είναι επικρατέστερη στο σχηματισμό νέων σωματιδίων στην περιοχή των ασιατικών μουσώνων, όπου συγκεντρώνεται άφθονη αμμωνία από τις γεωργικές εκπομπές.

Η αύξηση του αριθμού των ατμοσφαιρικών σωματιδίων επηρεάζει το κλίμα της Γης, μέσω της αντανάκλασης του ηλιακού φωτός και του σχηματισμού περισσότερων και συνάμα μικρότερων σταγονιδίων στα σύννεφα, καθιστώντας τα νέφη πιο φωτεινά και αυξάνοντας την διάρκεια ζωής τους. Τα σωματίδια απελευθερώνονται, για παράδειγμα, από τα ηφαίστεια ή από την ατμοσφαιρική ρύπανση, αλλά μια σημαντική πηγή πυρήνων συμπύκνωσης νεφών βρίσκεται στην ανώτερη τροπόσφαιρα, όπου αέρια μόρια ενώνονται και σχηματίζουν νέα σωματίδια. Παρά τη σημασία που έχουν τα νέφη για το κλίμα,  δεν είναι ακόμη ξεκάθαρος ο ρόλος που διαδραματίζουν τα αέρια-πρόδρομοι στην έναρξη αυτής της διαδικασίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα σωματίδια των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων είναι απαραίτητα ως πυρήνες για το σχηματισμό των νεφών, αλλά οι σχετικές φυσικές διεργασίες δεν είναι πλήρως γνωστές.

Η διεθνής ομάδα αποτελούμενη από 75 ερευνητές, έδειξε ότι το νιτρικό οξύ (HNO3), το θειικό οξύ (H2SO4) και η αμμωνία (NH3) σχηματίζουν, με συνεργικό τρόπο, σωματίδια, μέσω πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν υπό ελεγχόμενες συνθήκες που προσομοιάζουν την ανώτερη τροπόσφαιρα στον θάλαμο CLOUD του CERN. Παραδόξως, αυτή η συνεργική διαδικασία πυρηνοποίησης σωματιδίων είναι πολύ ταχύτερη από εκείνη που προέρχεται από οποιονδήποτε συνδυασμό των δύο από τα τρία αέρια. Αυτό φανερώνει ότι η σημασία αυτού του μηχανισμού εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα της αμμωνίας, ενός ιχνοαερίου που απελευθερώνεται κυρίως από την κτηνοτροφία και τα λιπάσματα.

«Υποθέτουμε ότι η πυρηνοποίηση του νιτρικού οξέος, του θειικού οξέος και της αμμωνίας είναι η κύρια πηγή δημιουργίας νέων σωματιδίων σε περιοχές της ανώτερης τροπόσφαιρας όπου η αμμωνία και άλλα  αέρια πρόδρομοι απελευθερώνονται από βαθιά καταιγιδοφόρα νέφη, όπως συμβαίνει πάνω από την περιοχή των ασιατικών μουσώνων», δήλωσε ο Jos Lelieveld, Καθηγητής στο CARE-C, του Ινστιτούτου Κύπρου και Διευθυντής στο Max Planck Institute for Chemistry στη Γερμανία.

Παλαιότερα είχε θεωρηθεί ότι η αμμωνία ξεπλένεται από την βροχή στα σύννεφα μουσώνων, όμως μια άλλη πρόσφατη μελέτη έδειξε ότι υπάρχουν άφθονα σωματίδια νιτρικού αμμωνίου στο ασιατικό στρώμα αερολυμάτων στην τροπόπαυση (ATAL) που εκτείνεται πάνω από τη Μέση

Ανατολή και σε μεγάλο μέρος της Ασίας σε υψόμετρο από 12 έως 18 χιλιόμετρα (https://www.mpic.de/4388703/ammoniak-aus-landwirtschaft-kann-wolken-ueber-asien-beeinflussen).

Για να αξιολογήσουν και να ερμηνεύσουν τα πειράματα CLOUD, οι ερευνητές παραμετροποίησαν τη μετρηθείσα πυρηνοποίηση του νιτρικού οξέος, του θειικού οξέος και της αμμωνίας, και την εφάρμοσαν σε ένα παγκόσμιο κλιματικό μοντέλο. Οι προσομοιώσεις επαληθεύουν τα πειράματα στο CLOUD και δείχνουν ότι τα σωματίδια μπορούν να εξαπλωθούν σε όλο το μεσαίο γεωγραφικό πλάτος του βόρειου ημισφαίριου, επηρεάζοντας το κλίμα της Γης σε διηπειρωτική κλίμακα.

«Αν και τα σωματίδια θειικού αμμωνίου-νιτρικών αλάτων σχηματίζονται τοπικά, μπορούν να ταξιδέψουν από την Ασία στη Βόρεια Αμερική μέσα σε λίγες ημέρες μέσω του υποτροπικού ρεύματος Jetstream», εξηγεί ο φυσικός και ειδικός κλιματικών μοντέλων, Δρ. Θεόδωρος Χριστούδιας, Αναπληρωτής Καθηγητής στο CARE-C, του Ινστιτούτου Κύπρου. «Ως αποτέλεσμα, τα σωματίδια αυτά μπορούν να σχηματίσουν μια διηπειρωτική ζώνη, που καλύπτει πάνω από το ήμισυ της επιφάνειας του μεσαίου γεωγραφικού πλάτους του Βόρειου Ημισφαιρίου». 

Τα νέα πειραματικά αποτελέσματα και ατμοσφαιρικά μοντέλα του CLOUD μπορούν να συνεισφέρουν στην χάραξη πολιτικών που αφορούν την ανθρωπογενή ρύπανση και να βελτιώσουν την ικανότητα των παγκόσμιων μοντέλων στο να προβλέπουν πώς θα αλλάξει το κλίμα στο μέλλον, συμβάλλοντας, έτσι, στην λήψη πιο αποτελεσματικών μέτρων για την αντιμετώπιση της παγκόσμιας κλιματικής κρίσης.