Co ma piernik do wiatraka?

W CERN, największym na świecie laboratorium cząstek elementarnych, zrobiono eksperyment, dzięki któremu łatwiej zrozumieć mechanizm tworzenia się chmur. Zaraz, zaraz. Co najmniejsze we wszechświecie cząstki, którymi CERN się zajmuje, mają wspólnego z ogromnymi obłokami zakrywającymi czasami całe niebo?

Reklama

Pierwsze skojarzenie: Szwajcaria leży w Europie, a to oznacza, że jest dość zachmurzonym obszarem. Można kombinować jeszcze inaczej. Spory obszar Szwajcarii to wysokie góry (Alpy), są też duże jeziora. To powoduje, że pogoda, w tym zachmurzenie w Szwajcarii zmienia się znacznie szybciej niż na terenach równinnych. Ale i ta próba powiązania chmur z laboratorium w Szwajcarii jest chybiona. O co więc chodzi? Okazuje się, że w procesie tworzenia chmur udział biorą bardzo małe cząstki. I tym właśnie zajmowali się fizycy.

Drzewa i aerozole

W połowie maja w prestiżowym czasopiśmie „Nature” ukazał się artykuł dotyczący eksperymentu CLOUD (z ang. chmura), którego autorzy to fizycy cząstek z CERN-u. W czasie prac badawczych okazało się, że niezwykle istotne znaczenie dla tworzenia chmur mają opary (aerozole) emitowane m.in. przez drzewa.

Co więcej, chmury, jakie wtedy powstają, mają duży wpływ na ochłodzenie planety. Niektóre rodzaje chmur atmosferę ochładzają, bo odbijają z powrotem w przestrzeń kosmiczną promienie słoneczne. Inne chmury raczej ocieplają, bo przytrzymują przy powierzchni Ziemi ciepłe powietrze, działają jak kołdra.

Dla badaczy klimatu, dla tych, którzy tworzą jego symulacje komputerowe, chmury są sporym wyzwaniem. Wróćmy jednak do aerozoli. Te, których źródłem są drzewa czy obszary leśne, w niektórych warunkach można zobaczyć gołym okiem. Nie widać ich pojedynczych drobinek, tylko raczej całą ich masę. To właśnie aerozole nadają niebieskawe zabarwienie powietrzu unoszącemu się nad lasem, o ile obserwujemy tę sytuację z dalszej odległości.

W ramach eksperymentu CLOUD badacze dowiedli, że aerozole emitowane przez drzewa utleniają się i łącząc się z kwasem siarkowym, tworzą tzw. zarodki kondensacji kropel w chmurach. To dość zaskakujące, bo poprzednie eksperymenty wskazywały, że kwas siarkowy nie ma z tym mechanizmem nic wspólnego.

– To bardzo ważny wynik – powiedział szef eksperymentu CLOUD prof. Jasper Kirkby. – Udało nam się zidentyfikować kluczowy czynnik odpowiedzialny za tworzenie nowych aerozoli oraz wpływ samych aerozoli na proces tworzenia chmur – dodał naukowiec.

Jak powstają chmury?

Zarodki kondensacji. Co to takiego? Krople wody, ale także płatki śniegu czy kryształki lodu, nie mogą powstać same z siebie. Para wodna nie może się skroplić ot tak. Ona potrzebuje jakiegoś „rusztowania”. Czegoś, na czym skraplanie się rozpocznie. To może być pyłek kwiatowy albo maleńkie ziarenko piasku. Albo cząsteczka aerozolu. Z szacunków wynika, że około połowy chmur tworzy się dzięki zarodkom z aerozoli.

W jaki sposób badacze z CERN-u prowadzili swoje badania? Nie wzlatywali w chmury. Eksperymentowali w specjalnie wybudowanych komorach. Tam mogli całkowicie sterować warunkami: temperaturą, wilgotnością, ciśnieniem, nasłonecznieniem, promieniowaniem magnetycznym i elektrycznym, ale także stężeniem różnego rodzaju aerozoli.

Dlaczego te eksperymenty przeprowadzono w CERN-ie? Ziemia jest cały czas bombardowana cząstkami promieniowania kosmicznego. Im wyżej nad naszymi głowami, tym tych cząstek jest więcej. Ziemska atmosfera sporą część z nich po prostu „wytłumia”. Tak czy inaczej, nie sposób prowadzić wiarygodne badania dotyczące tworzenia chmur bez promieniowania. W CERN-ie źródłem tego sztucznego promieniowania kosmicznego był akcelerator PS. W laboratoriach klimatologów albo meteorologów nie ma możliwości symulowania procesu z udziałem promieniowania kosmicznego. W czasie prowadzenia badań okazało się także, że znacznie większy udział w tworzeniu chmur ma jonizacja wyższych partii atmosfery.

Co to takiego? Cząstki promieniowania kosmicznego, przechodząc przez ziemską atmosferę, często zderzają się z jej atomami. To przeważnie kończy się wybiciem z takiego atomu części elektronów. Ten proces nazywa się jonizacją. Takie jony (czyli atomy pozbawione części elektronów) także mogą być zarodkami kondensacji. W ramach podsumowania w opublikowanej w „Nature” pracy badacze opisali, jak sezonowo (rocznie) zmienia się stężenie aerozoli, i stworzyli coś w rodzaju mapy, na której zaznaczyli rejony świata, gdzie emisja aerozoli jest największa. W efekcie powstało kompendium pokazujące, jak w czasie roku, zależnie od warunków i miejsca, zmienia się stężenie czynnika powodującego powstawanie chmur.

– Te badania są niezwykle ważne – to chmury zostały uznane przez Międzyrządowy Panel do spraw  Zmian Klimatu za źródło największej niepewności obecnych przewidywań klimatycznych – powiedział szef eksperymentu CLOUD prof. Jasper Kirkby.

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Zobacz

Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Autopromocja

    Reklama

    Reklama

    Reklama