Τα τελευταία 20 χρόνια, οι μετρήσεις με εναέρια μέσα έχουν ανιχνεύσει εκτεταμένο σχηματισμό νέων σωματιδίων στην ανώτερη τροπική τροπόσφαιρα πάνω από τον Αμαζόνιο, καθώς και πάνω από τον Ατλαντικό και τον Ειρηνικό Ωκεανό. Ωστόσο, η προέλευση αυτών των σωματιδίων παρέμενε μέχρι στιγμής άγνωστη. Πρόσφατες δορυφορικές παρατηρήσεις πάνω από την περιοχή αυτή, όμως, αποκάλυψαν ότι τα επίπεδα του ισοπρένιου στην τροπική ανώτερη τροπόσφαιρα είναι σημαντικά υψηλότερα από ό,τι θεωρούνταν προηγουμένως.

Το ισοπρένιο, το οποίο απελευθερώνεται από τα δέντρα, είναι ο πιο άφθονος υδρογονάνθρακας που εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα (0,5 δισεκατομμύρια τόνοι ετησίως) εκτός του μεθανίου, αλλά προς το παρόν πιστεύεται ότι δεν είναι σε θέση να σχηματίσει νέα σωματίδια. Στα νέα πειράματα που διεξήγαγε η ομάδα CLOUD, διερευνήθηκε ο σχηματισμός νέων σωματιδίων από την οξείδωση του ισοπρενίου σε θερμοκρασίες της ανώτερης τροπόσφαιρας στους -30°C και -50°C. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι το ισοπρένιο προκαλεί εκτεταμένο σχηματισμό νέων σωματιδίων σε τεράστιες περιοχές της τροπικής ανώτερης τροπόσφαιρας. Όταν τα σωματίδια κατέλθουν σε χαμηλότερα υψόμετρα, παρέχουν μια σημαντική πηγή σχηματισμού νεφών παγκοσμίως, η οποία επηρεάζει έντονα το ισοζύγιο ακτινοβολίας της Γης.

Επομένως, το ισοπρένιο που εκκρίνεται από τα δάση, μέσα από τη συμβολή του στην παραγωγή πυρήνων συμπύκνωσης νεφών στην προ-βιομηχανική ατμόσφαιρα, θα μπορούσε να έχει συμβάλει σημαντικά στο σχηματισμό νεφών στο παρελθόν, γεγονός που θα μπορούσε να μειώσει τις εκτιμήσεις για την ευαισθησία του κλίματος της Γης και, με τη σειρά του, τις προβλέψεις για στην αύξηση της θερμοκρασίας αργότερα αυτόν τον αιώνα. Αυτό σημαίνει επίσης ότι, καθώς η ατμοσφαιρική ρύπανση μειώνεται με μέτρα ελέγχου των εκπομπών ρύπων, το φυσικό περιβάλλον μπορεί να είναι σε θέση να λειτουργήσει ως ρυθμιστικό παράγοντας και να συμβάλει στην αντιστάθμιση ορισμένων από τις επιπτώσεις της αύξησης της θερμοκρασίας στο μέλλον.

Η ανακάλυψη αυτή αναθεωρεί την κατανόησή μας για τις φυσικές κλιματικές διεργασίες. Με την αποκάλυψη ότι το ισοπρένιο που απελευθερώνεται από τα δάση είναι ικανό να σχηματίζει σωματίδια που δημιουργούν σύννεφα, βλέπουμε μια οδό μέσω της οποίας η ίδια η φύση έχει ιστορικά επηρεάσει το κλίμα της Γης. Σε μια εποχή που η μείωση των εκπομπών είναι ζωτικής σημασίας για την αντιμετώπιση της κλιματικής, κρίσης, η κατανόηση του θεμελιώδους ρόλου των δασών και του φυσικού περιβάλλοντος μας βοηθά να βελτιώσουμε τις προβλέψεις των μοντέλων, φανερώνοντας έναν φυσικό μηχανισμό που δεν ήταν πλήρως κατανοητός μέχρι τώρα.

Το πείραμα CLOUD στο CERN επιτρέπει τη μέτρηση της δημιουργίας πυρήνων και της ανάπτυξης αερολυμάτων υπό την επίδραση κοσμικών ακτίνων. Τα ατμοσφαιρικά αερολύματα και η επίδρασή τους στα σύννεφα θεωρούνται από την IPCC ως η κύρια αβεβαιότητα στα κλιματικά μοντέλα. Το Ινστιτούτο Κύπρου συμμετέχει μέσω του Κέντρου Αριστείας για την Κλιματική και Ατμοσφαιρική Έρευνα (CARE-C) με τη μοντελοποίηση της ατμόσφαιρας, του κλίματος και της ποιότητας του αέρα με παγκόσμια και τοπικά μοντέλα, καθώς και με συγκρίσεις των δεδομένων του CLOUD με εκείνα που λαμβάνονται σε εκστρατείες στο πεδίου πάνω από τη γη, π.χ. στις τροπικές περιοχές, στις θαλάσσιες και αστικές περιοχές.

Αρκετοί από τους συμμετέχοντες είναι νέοι ερευνητές σε αρχικό στάδιο στο Δίκτυο Διδακτορικής Εκπαίδευσης Marie Curie CLOUD-DOC, ένα διεθνές δίκτυο με 12 διδακτορικούς φοιτητές σε ιδρύματα-εταίρους σε όλη την Ευρώπη. Το δίκτυο διερευνά διάφορες πτυχές των αλληλεπιδράσεων της κοσμικής ακτινοβολίας με τα αερολύματα και τα σύννεφα. Εκτός από την ατομική έρευνα των διδακτορικών φοιτητών στα ιδρύματα υποδοχής τους, το δίκτυο εστιάζει σε κοινά πειράματα σχετικά με την πυρηνοποίηση που προκαλείται από ιόντα και την αλληλεπίδραση ιόντων-αερολυμάτων που διεξάγονται στο CERN.

Δημοσίευση: Shen, J., Russell, D.M., DeVivo, J. et al. New particle formation from isoprene under upper-tropospheric conditions. Nature 636, 115–123 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08196-0