나무 탐지가 기후 계산을 방해합니다 – Ars Technica

매년 9월과 12월 사이에 Lubna Dada는 구름을 만듭니다. 대기과학자 다다는 수십 명의 동료와 함께 스위스 CERN의 7,000갤런짜리 스테인리스강 챔버에서 실험을 수행합니다. 자연 배출물이 오존과 상호 작용하여 기후에 영향을 미치는 에어로졸을 생성하는 방법을 연구하는 Dada는 “이것은 과학 캠프와 같습니다.”라고 말합니다.

구름이 가장 큰 원천이다 의심 기후 예측. 위치에 따라 구름이 많을 수도 있음 햇빛을 멀리 반사시키세요 열을 흡수하는 육지와 바다의 존재는 온난화된 세계에서는 보기 드문 특징입니다. 하지만 철회도 가능하다 덫 북극과 남극 대륙의 얼음 위의 열기. 과학자들은 구름이 형성되는 원인과 이 효과가 냉각인지 가열인지에 대해 더 알고 싶어합니다. 무엇보다도 다다는 “우리 인간이 어떻게 구름을 변화시켰는지 알고 싶다”고 말합니다.

하늘에서는 에어로졸 입자가 수증기나 얼음을 끌어당깁니다. 작은 젖은 공이 충분히 커지면… 구름 씨앗. 지구 구름의 절반은 모래, 소금, 그을음, 연기, 먼지 등으로 구성되어 있습니다. 나머지 절반은 살아있는 유기체나 기계에서 방출되는 증기 주위에 형성됩니다. 화석 연료 연소로 인해 발생하는 이산화황.

CERN의 과학자들은 강철 챔버에 특정 환경을 나타내는 증기를 주입하여 이 과정을 반복합니다. (우주 물방울이 옥외에 남겨진 후 구름 상자라고 불립니다.) 예를 들어 도시 위에서 발견되는 가스를 시뮬레이션할 수 있습니다. 하지만 평소 스위스 폴 셰러 연구소에서 근무하던 다다는 과거를 알아보기 위해 유럽입자물리연구소(CERN)를 찾았다. 전 세계에서 온 그녀의 과학자 팀은 숲 위의 공기를 재현하고 싶었습니다. 왜냐하면 “순수한” 대기란 산업화 이전의 구름 형성이 어떠했는지를 의미하기 때문입니다. “우리는 기후 모델을 수정하기 위해 인간의 배출이 없었던 시대와의 비교가 필요합니다.”라고 그녀는 말합니다.

출판된 논문에서 이번 달 Science Advances에서 Dada의 팀은 구름 형성에 있어 강력하고 새로운 요인, 즉 나무에서 방출되는 화학 물질의 일종을 만들었습니다. 나무는 방출한다 천연 휘발성 물질 이소프렌, 모노테르펜 등 스파크를 일으킬 수 있는 물질 구름 형성 화학 반응. Dada의 새로운 연구는 세스퀴테르펜(sesquiterpenes)이라고 불리는 덜 풍부한 휘발성 물질에 초점을 맞추고 있습니다. 세스퀴테르펜은 분자와 이를 방출하는 식물 또는 미생물의 유형에 따라 나무 냄새, 흙 냄새, 산성 또는 매운 냄새를 가지고 있습니다.

연구팀은 세스퀴테르펜이 구름 씨 뿌리기에 예상보다 더 효과적이라는 것을 보여주었습니다. 세스퀴테르펜 대 다른 휘발성 물질의 비율은 1:50에 불과합니다. 두배 구름 형성.

구름 씨뿌리기에서 나무의 역할은 중요합니다. 왜냐하면 정부가 유황 배출을 제한할 수 있다면 일부 지역의 하늘이 어떤 모습일지 암시하기 때문입니다. 오염이 적은 세상에서는 식물과 나무가 구름 형성의 가장 지배적인 동인이 될 것이며, 이는 전근대 세계의 반향입니다.

이 연구는 산업화 이전의 대기가 어땠는지에 대한 추정을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리는 나무에서 나오는 에어로졸의 상당 부분을 간과함으로써 전 세계 에어로졸의 수를 과소평가했을 수도 있습니다. 그렇다면 기후 모델을 재구성해야 합니다.

“새로운 입자의 형성은 현재 매우 뜨거운 주제입니다”라고 이번 연구에 참여하지 않은 마이애미 대학의 대기 과학자 Paquita Zuidema는 말했습니다. “우리는 순수한 날씨가 어떤 모습인지 정확히 알 수 없다는 사실을 점점 더 깨닫기 시작했습니다.”

인위적 배출이 인구 밀집 지역의 구름 형성을 지배하는 반면, 식물 휘발성 물질은 다른 곳의 깨끗한 땅을 지배합니다. 최근 실험실 도구는 어떤 도구가 가장 큰 기여를 하는지 이해할 수 있을 만큼 민감해졌습니다.

세스퀴테르펜에 관한 많은 발견은 비교적 최근에 이루어졌습니다. 2010 년에, 연구진이 이를 발견했습니다. 아마존 숲 바닥 근처. 캐노피의 높은 곳에서는 세스퀴테르펜을 추적하기가 어려웠습니다. 이는 오존이 세스퀴테르펜을 구름을 공급하는 에어로졸로 전환하고 있음을 시사합니다. Dada는 유사한 시스템을 다음과 같이 보고했습니다. 핀란드의 숲과 이탄지대 작년. “우리 도구가 훨씬 더 좋아졌기 때문에 우리는 점점 더 많은 것을 보고 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. “그들은 아마존에만 있는 것이 아닙니다.”

Dada와 그녀의 동료들이 새로운 연구를 시작했을 때 그들은 인간의 배출로 인해 오염되지 않은 숲의 공기를 시뮬레이션하여 구름을 형성하는 세스퀴테르펜의 능력을 테스트하는 것을 목표로 했습니다. 그들은 가장 일반적인 “바이오” 휘발성 물질인 이소프렌과 알파-피넨(모노테르펜)의 대기 혼합물을 이온화한 후 어떤 일이 일어나는지 측정하는 기준선부터 시작했습니다. 예상대로 이 혼합물이 구름을 형성했습니다. 다음으로, 팀은 동일한 작업을 수행하고 β-카리오필렌이라는 세스퀴테르펜을 혼합했습니다. 소나무와 감귤나무에서 나오며 갈은 후추 냄새가 납니다.

다다는 베타-카리오필렌이 화학적으로 반응하여 에어로졸을 형성하고 결국에는 구름을 형성해야 한다는 가설을 세웠습니다. 그녀와 그녀의 팀은 에어로졸 크기 및 농도와 같은 데이터의 실시간 판독값을 표시하는 15개의 모니터를 모니터링하는 제어실에 서 있었습니다. 입자 크기 그래프가 화면에서 색상을 변경하면 그들은 그녀가 옳았다는 것을 알 것입니다. 구름 씨앗의 수가 증가함에 따라 자라서 파란색에서 바나나 노란색으로 변합니다.

1라운드에서는 그래프가 노란색으로 바뀌었습니다. 다다가 옳았습니다. (“우리는 모두 ‘바나나! 바나나! 바나나!’라고 외쳤습니다.”라고 그녀는 회상합니다.) 혼합물에 부피 기준으로 2%의 베타-카리오필렌을 첨가하면 구름 형성이 두 배로 증가하고 분자가 성장했습니다. 더 빠르게. 이것은 세스퀴테르펜이 어떻게 구름을 형성하는지 보여주는 최초의 실험이었습니다. 다다는 비록 이것이 나무가 내뿜는 화합물의 극히 일부에 불과하지만 “기여는 엄청나다”고 밝혔습니다.

이번 연구에는 참여하지 않았지만 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 대기 과학자인 Jiwen Fan은 “세스퀴테르펜을 약간 첨가하면 매우 큰 효과가 있습니다”라고 말했습니다. 세스퀴테르펜이 구름을 형성할 만큼 크지 않은 “미세” 에어로졸을 생성하더라도 여전히 날씨에 영향을 미칠 수 있습니다. 2018년에 팬(Fan)은 거대한 비구름이 초미세 에어로졸을 ‘삼키면’ 새로운 물방울이 형성된다는 사실을 보여주었습니다. 뇌우 활성화.

Fan의 경우, 새로운 데이터는 세스퀴테르펜이 에어로졸의 전반적인 흐름을 더 잘 설명하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다. 에어로졸은 구름이 지구로부터 더 많은 열을 분산시키게 하는데, 이는 “복사강제력”으로 알려진 효과입니다. (이것이 뒤에 있는 아이디어입니다. 음모 지질공학자에게 에어로졸이 있는 대기: 지구를 식힐 수 있는 구름을 인공적으로 심습니다.) 에어로졸이 많을수록 더 하얗게 보이고 더 오래 지속되며 비가 적게 내리는 반사 구름이 많아진다는 의미입니다.

그러나 과학자들은 모델에서 고려해야 할 에어로졸의 수를 시뮬레이션하는 데 어려움을 겪고 있습니다. “오랜 문제였습니다.” 팬이 말했습니다. “많은 기후 모델은 인간이 유발한 에어로졸의 영향을 과대평가합니다.” 아마도 이는 산업 혁명 이전에 미생물, 식물, 나무 등의 천연 에어로졸이 얼마나 널리 퍼져 있었는지 과소평가했기 때문일 것입니다. “아마도 우리가 기준점으로 사용하는 것은 실제로 우리가 생각했던 것만큼 에어로졸이 낮은 것이 아닐 수도 있습니다.”라고 Zuidema는 동의합니다.

나무가 구름을 형성하는 방식을 정량화함으로써 과학자들은 미래와 과거 기후를 더 잘 예측할 수 있습니다. 황 에어로졸이 반사 구름을 생성할 수 있기 때문에 산업 배출은 복사 강제력을 통해 온난화를 일부 줄입니다. 하지만 바이오에어로졸이 예상보다 풍부하다면 ~ 전에 제조, 산업계의 기여는 덜 중요합니다.

역동적인 기후에는 움직이는 부분이 너무 많기 때문에 이러한 재계산이 지구 온난화에 대해 우리에게 무엇을 말해 줄지 예측하기 어렵습니다. 예를 들어, 열 스트레스, 극심한 기후, 가뭄으로 인해 식물이 쇠퇴합니다. 더 많은 생리활성 휘발성 물질 방출– 더 많은 구름이 자랍니다. 삼림 벌채와 열 스트레스는 마이그레이션을 위해 트리 라인 푸시 더 높은 고도와 위도로. 영향을 미치는 어디 구름이 형성됩니다.

“이것은 피드백 루프입니다.”라고 Dada는 말합니다. “기후는 구름 형성에 영향을 미치고 구름은 기후에 영향을 미칩니다.”

더 나은 기후 모델은 과학자들이 완화를 위한 최선의 방법을 예측하는 데 도움이 될 것입니다. “더 많은 구름이 필요하면 구름이 더 적게 필요합니다.”라고 Dada는 말합니다. 그러나 여기서 딜레마는 기후 모델이 계산적으로 엄청나게 까다롭다는 것입니다. 나무 물보라처럼 작은 것의 물리학을 통합하는 것은 쉽지 않을 수 있습니다.

Dada는 추가 테스트를 위해 올 가을 CERN으로 돌아옵니다. 그녀의 팀은 이제 이산화황과 같은 인위적 배출이 식물의 구름 씨뿌리기 능력에 어떤 영향을 미치는지 확인하려고 합니다. 서로 속도를 늦출 수도 있고 속도를 높일 수도 있습니다. 그들의 목표는 다양한 유형의 혼합 배출이 있는 숲과 같이 순수하지 않은 지역으로 결론을 확장하는 것입니다. “우리는 전 세계 거의 모든 장소에 대해 보다 현실적인 시각을 얻기 위해 인위적 요인을 추가하려고 노력하고 있습니다.”라고 그녀는 말합니다.

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