نقش قابل توجه درختان در روند کاهش دمای اتمسفر
اتمسفر زمین قبل از انقلاب صنعتی، ذرات بیشتری را در خود داشت و ابرهای آن نیز روشن‌تر از آن چیزی بوده‌اند که ما پیش از این تصور می‌کردیم. اینها در واقع آخرین یافته‌های آزمایشی موسوم به آزمایش CLOUD هستند. در روند آزمایش فوق حدود ۸۰ نفر از دانشمندان جهان در آزمایشگاه فیزیک ذرات سرن در نزدیکی شهر ژنو با یکدیگر همکاری داشته‌اند.
آزمایش اخیر در واقع درک و برداشت ما را از آنچه که اتمسفر زمین پیش از آلوده شدن توسط انسان‌ها بوده تغییر می‌دهد و از سویی احتمالا درک ما را از آن حالتی که اتمسفر در آینده باید داشته باشد نیز دچار تغییر خواهد کرد.
اغلب قطرات ابر، به ذرات کوچک موجود در هوا، به عنوان «دانه‌هایی» (seeds) برای آغاز شکل‌گیری و رشد خود نیاز دارند. اگر ابری مقدار بیشتری از این دانه‌ها و در نتیجه شمار بیشتری از قطرات را داشته باشد، در آن صورت روشن‌تر به نظر خواهد رسید و نور خورشید بیشتری را از سطح زمین بازتاب خواهد داد.
چنین فرایندی به نوبه‌ی خود می‌تواند آب و هوای زمین را سردتر کند. بنابراین فهم و دریافت دقیق‌تر تعداد و اندازه‌ی ذرات در جو نه تنها برای پیش‌بینی میزان درخشندگی و بازتابندگی ابرهای سیاره‌ی ما حیاتی است، بلکه علاوه بر آن روی مقدار دمای جهانی نیز موثر خواهد بود.
امروزه حدود نیمی از ذرات هوا از منابع طبیعی به وجود می‌آیند که شامل گرد و غبار زمین، آتشفشان‌ها، آتش‌سوزی‌های گسترده‌ی طبیعی که دوده تولید می‌کنند یا پاشش آب دریا که باعث تبخیر هوای موجود در پشت ذرات ریز نمک موجود در اتمسفر می‌شوند، هستند.
از سویی بسیاری از ذرات موجود در هوا نیز به خاطر فعالیت‌های ما در زمینه‌ی سوزاندن سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شوند. این فرایندها علاوه بر تولید دوده، باعث تولید گاز دی‌اکسید گوگرد هم می‌شوند که این گاز نیز در ادامه به اسید سولفوریک در اتمسفر تبدیل می‌شود. همچنین ما شاهد ایجاد باران‌های اسیدی خواهیم بود. مولکول‌های اسید سولفوریک می‌توانند به هم بچسبند و به ذرات خطرناکی در اتمسفر تبدیل شوند.
مولکول‌های دیگر همانند آمونیاک اغلب به پیوستن مولکول‌های اسید سولفوریک به هم کمک می‌کنند و به طور کلی این فرآیند حدود نیمی از ذرات بارورکننده‌ی ابرها را در اتمسفر امروزی کره‌ی زمین شکل می‌دهد. دانشمندان طی آزمایش CLOUD در سرن نیز اخیرا کشف کردند که گازهای ساطع شده از درختان هم می‌توانند برای تولید ذره‌های جدید برای ابرهای موجود در جو به هم بپیوندند. نکته‌ی جالبی که وجود دارد این است که فرایند فوق می‌تواند بدون نیاز به هر گونه کمک از سایر آلاینده‌ها انجام شود که تصور دانشمندان پیش از این چنین نبود.
دانشمندان پیش از این باور داشتند که دانه‌های ابری به اسید سولفوریک (اغلب به صورت مخلوط با ترکیبات دیگر) و یا مولکول‌های ید نیاز دارند تا بتوانند روند پیوند با همدیگر را آغاز کنند. در مطالعه‌ی پیگیرانه‌ی جدیدی که در PNAS منتشر شده، ما با دانشمندان دیگر آزمایش CLOUD برای شبیه‌سازی این فرایند در جو همکاری کردیم. دستاوردهای ما نشان می‌دهد که حتی درخت‌های امروزی نیز بخش بزرگی از دانه‌های ابری را بر فراز تمیزترین بخش‌های جنگلی جهان تولید می‌کنند.
شبیه‌سازی‌های اتمسفر برای زمان‌هایی قبل از اینکه سوزاندن سوخت‌های فسیلی به طور جدی آغاز شود (که در علوم آب و هوایی، سال ۱۷۵۰ را به عنوان شروع آن در نظر می‌گیرند) میزان کمتری از ذرات را در قیاس با مقدار امروزی آنها پیش‌بینی کرده بود. با بودن ذرات کمتر در اتمسفر، ابرهای تمیزتر مقدار کمتری از انرژی خورشید را بازتاب خواهند داد و برخلاف تصور رایج، شاید ظاهر آنها نیز اندکی خاکستری به نظر برسد و لزوما هم به رنگ سفید نباشند.
در این بخش، قسمتی از توضیحات دو نفر از پژوهشگران دانشگاه لیدز را که در پروژه‌ی اخیر نیز حضور داشته‌اند، ارائه می‌کنیم.
آزمایش CLOUD
توانایی گازهای آزاد شده از درختان (ترپن) برای ایجاد ذرات مورد بحث در این گزارش برای اولین بار در سال ۱۹۶۰ پیشنهاد شد. این توضیحات برای تشریح مه‌های آبی دیده شده بر فراز بخش‌های جنگلی در مناطق دور افتاده ارایه شده بود.
از آن زمان نیز بسیاری از پژوهش‌های آزمایشگاهی این امر را تایید کرده‌اند که ترپن‌ها هم می‌توانند به شکل‌گیری ذرات جدید کمک کنند. اما تا همین اواخر تصور می‌شد که برای تشکیل نهایی این ذرات به سایر آلاینده‌هایی مانند اسید سولفوریک نیز نیاز خواهد بود و آن ذرات به تنهایی کافی نیستند.
بسیاری از پیشرفت‌های اخیر در این زمینه به لطف آزمایش CLOUD به دست آمده است. در این پژوهش یک سیلندر فولاد ضد زنگ با قطر و ارتفاع حدود سه متر برای آزمایش انتخاب شده است. گازها به داخل سیلندر تزریق می‌شوند. در این سیلندر گازها به همان مقداری که در اتمسفر واکنش دارند، با همدیگر واکنش ایجاد کرده و به منظور تشکیل ذرات جدید به هم می‌پیوندند.
ابزارهای پیشرفته برای شمارش مولکول‌های گاز و ذرات موجود در مخزن استفاده می‌شود. در ادامه، چگونگی تشکیل شمار ذرات جدید در هر ثانیه و تغییر آنها هنگام افزایش مقدار گازهای چسبنده در داخل سیلندر به طور ریز بررسی می‌شود.
این سازوکار چه تاثیری روی اتمسفر می‌گذارد؟
در اتمسفر امروزی زمین، اسید سولفوریک بسیاری وجود دارد و به این ترتیب، اندازه‌گیری اینکه هر یک از عوامل دیگر تا چه حدی روی شکل‌گیری ذره‌های جدید نقش دارند، دشوار است. به همین ترتیب سنجش عوامل موثر و نقش آنها روی تشکیل ابرها نیز ساده نیست.
با این حال شبیه‌سازی جدید ما با استفاده از نتایج آزمایش CLOUD نشان می‌دهد که نقش ترپن‌ها در اتمسفر تمیزتر چند صد سال پیش کره‌ی زمین بسیار مهم بوده است. شبیه‌سازی کامپیوتری نشان می‌دهد که برآورد غلظت ذرات در جو قبل از دوره‌ی انقلاب صنعتی باید افزایش یافته باشد. این در حالی است که برآورد ما از غلظت امروزی عمدتا بدون تغییر است.
پیش بینی دقیق در این مرحله‌ی اولیه از آزمایش بسیار سخت است، چرا که در حال حاضر ماهیت تمام فرایندهای شیمیایی پیچیده به طور کامل و به درستی بررسی نشده است. با این حال، ممکن است که نتایج جدید بسیار مهم باشد، زیرا بیشتر بودن ذرات در اتمسفر به معنی بازتابندگی بیشتر ابرها و در نتیجه داشتن آب و هوایی خنک‌تر خواهد بود.
آلودگی روی تغییرات اقلیمی چه تاثیری دارد؟
در طول قرن گذشته، خنک‌تر شدن زمین ناشی از افزایش تعداد ذرات در جو، به دلیل افزایش سطح کربن دی‌اکسید یا جبران شده است یا اینکه به چشم نیامده و در برخی موارد نیز به خاطر همین افزایش سطح کربن دی‌اکسید دما کاملا افزایش یافته است. شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که این کاهش دمای اضافی ممکن است به آن اندازه‌ای که پیشتر تصور می‌شد، کارامد و اثرگذار نبوده باشند.
به تازگی نگرانی‌هایی پیرامون این موضوع به وجود آمده که وقتی ما به طور جمعی کیفیت هوا را در سراسر جهان بهبود دهیم، از سویی نیز با وارد کردن ذرات کمتری به اتمسفر باعث کاهش ظرفیت ذراتی خواهیم شد که به عنوان دانه‌های موثر برای ابرها عمل می‌کنند و دارای اثر خنک‌کنندگی هستند.
در حالی که نتایج نهایی شبیه‌سازی‌های ما کاملا نامشخص هستند، اما اهمیت بالقوه‌ی این فرایند جدید نشان می‌دهد، هر مقدار که ما آلودگی ناشی از احتراق و دیگر منابع را کاهش دهیم، در همان حین، ترکیبات طبیعی نیز دارای اهمیت بیشتری خواهند شد.
با کمک به جانشین‌سازی دانه‌های ابری ناشی از آلودگی هوا، درختان ممکن است بتوانند به ما در محدود کردن افزایش دمای جهانی کمک کنند. این گزارش از گفته‌های هامیش گوردون (Hamish Gordon) و کت اسکات (Cat Scott) پژوهشگران علوم جوی در دانشگاه لیدز تهیه شده است.