Bầu không khí tiền công nghiệp chứa nhiều hạt hơn và những đám mây sáng hơn chúng ta nghĩ trước đây. Đây là phát hiện mới nhất của thí nghiệm CLOUD, sự hợp tác giữa các nhà khoa học 80 tại phòng thí nghiệm vật lý hạt Cern gần Geneva. Nó thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về những gì có trong bầu khí quyển trước khi con người bắt đầu thêm ô nhiễm - và nó sẽ như thế nào một lần nữa trong tương lai.

Hầu hết các giọt mây cần các hạt nhỏ trong không khí để hoạt động như các hạt giống của hạt giống cho sự hình thành và phát triển của chúng. Nếu một đám mây có nhiều hạt giống này và do đó có nhiều giọt hơn, nó sẽ xuất hiện sáng hơn và phản chiếu nhiều ánh sáng mặt trời hơn từ bề mặt Trái đất. Điều này lần lượt có thể làm mát khí hậu. Do đó, hiểu được số lượng và kích thước của các hạt trong khí quyển là rất quan trọng để dự đoán không chỉ độ sáng và phản xạ của các đám mây trên hành tinh, mà cả nhiệt độ toàn cầu sẽ như thế nào.

Ngày nay, khoảng một nửa số hạt này đến từ các nguồn tự nhiên. Điều đó bao gồm bụi từ mặt đất, núi lửa, cháy rừng tạo ra muội than hoặc phun nước biển làm bay hơi giữa không trung để lại những thông số nhỏ của muối trong khí quyển.

Nhiều hạt trong không khí cũng là kết quả của việc chúng ta đốt nhiên liệu hóa thạch. Điều này tạo ra bồ hóng, nhưng cũng có khí lưu huỳnh điôxít được tạo thành axit sunfuric trong khí quyển. Cũng như gây ra mưa axit, các phân tử axit sunfuric có thể dính vào nhau và phát triển thành các hạt. Các phân tử khác như Ammonia thường giúp dán các phân tử axit sunfuric lại với nhau và tổng thể quá trình này hình thành khoảng một nửa của các hạt giống đám mây trong bầu khí quyển ngày nay.

Sản phẩm ĐÁM MÂY thí nghiệm tại CERN gần đây cũng phát hiện ra rằng khí phát ra từ cây có thể dính vào nhau để tạo ra hạt giống mới cho các đám mây trong khí quyển - mà không cần bất kỳ sự trợ giúp nào từ các chất ô nhiễm khác như đã nghĩ trước đây. Các nhà khoa học đã nghĩ rằng hạt mây cần axit sunfuric (thường được trộn với các hợp chất khác) hoặc các phân tử iốt để dính vào nhau để bắt đầu quá trình.

Trong nghiên cứu tiếp theo mới của chúng tôi, được xuất bản trong PNAS, chúng tôi đã làm việc với các nhà khoa học CLOUD khác để mô phỏng quá trình này trong khí quyển. Công trình của chúng tôi cho thấy rằng ngay cả ngày nay cây cũng tạo ra một phần lớn hạt mây trên các khu vực rừng sạch nhất trên thế giới.

Mô phỏng bầu khí quyển trước khi đốt nhiên liệu hóa thạch bắt đầu một cách nghiêm túc và cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu (trong khoa học khí hậu được định nghĩa là năm 1750) dự đoán ít hạt hơn hiện nay. Với ít hạt hơn, các đám mây sạch hơn sẽ phản xạ ít năng lượng của mặt trời hơn và, có lẽ ngược với trực giác, chúng sẽ trông có vẻ hơi xám hơn.

Thí nghiệm CLOUD

Khả năng tạo ra các hạt từ cây (terpen) để tạo ra các hạt lần đầu tiên được đề xuất trở lại trong 1960 để giải thích màu xanh nhìn thấy rừng ở vùng sâu vùng xa. Nhiều thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã được xác nhận tecpen có thể giúp hình thành hạt mới, nhưng cho đến gần đây, người ta đã nghĩ rằng các chất ô nhiễm khác như axit sulfuric được yêu cầu.

Phần lớn những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực này là nhờ thí nghiệm CLOUD: một xi lanh bằng thép không gỉ, đường kính khoảng ba mét và cao ba mét. Khí được bơm vào xi lanh, nơi chúng phản ứng nhiều như trong khí quyển và sau đó dính lại với nhau để tạo ra các hạt. Các dụng cụ hiện đại đếm các phân tử khí và các hạt trong buồng. Chúng tôi nghiên cứu làm thế nào số lượng hạt mới hình thành mỗi giây thay đổi khi chúng tôi tăng lượng khí dính trong xi lanh.

Điều này có ý nghĩa gì với bầu không khí?

Trong bầu khí quyển ngày nay, có rất nhiều axit sulfuric xung quanh đến nỗi khó có thể đo được bao nhiêu thứ khác góp phần tạo thành các hạt mới, và cả những đám mây. Tuy nhiên, mô phỏng mới của chúng tôi sử dụng kết quả CLOUD cho thấy terpen rất quan trọng trong bầu không khí sạch hơn của vài trăm năm trước. Mô hình máy tính cho thấy các ước tính về nồng độ hạt trong môi trường tiền công nghiệp sạch hơn nên được tăng lên, trong khi ước tính của chúng tôi về nồng độ ngày nay hầu như không thay đổi.

Thật khó để đưa ra dự đoán chính xác ở giai đoạn đầu này vì không phải tất cả các quá trình hóa học phức tạp đều được hiểu rõ. Tuy nhiên, kết quả mới có thể quan trọng vì nhiều hạt trong khí quyển có nghĩa là nhiều đám mây phản chiếu hơn và khí hậu mát mẻ hơn.

Ô nhiễm mặt nạ biến đổi khí hậu

Trong thế kỷ qua, việc làm mát do số lượng hạt trong khí quyển ngày càng tăng đã bù đắp, hoặc bị che lấp, một số sự nóng lên do tăng nồng độ carbon dioxide. Mô phỏng của chúng tôi cho thấy rằng việc làm mát thêm này có thể không mạnh như trước đây.

Có gần đây được quan tâm rằng khi chúng ta cùng nhau cải thiện chất lượng không khí trên toàn thế giới, bằng cách phát ra ít hạt hơn vào khí quyển, chúng ta cũng sẽ giảm khả năng của các hạt hoạt động như hạt mây và có tác dụng làm mát.

Mặc dù các mô phỏng của chúng tôi vẫn chưa chắc chắn, nhưng tầm quan trọng tiềm năng của quy trình mới này cho thấy rằng khi chúng tôi giảm ô nhiễm từ quá trình đốt cháy và các nguồn khác, các hợp chất tự nhiên một lần nữa có thể trở nên quan trọng hơn. Bằng cách giúp thay thế hạt giống đám mây khỏi ô nhiễm không khí, cây xanh có thể giúp chúng ta hạn chế sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu.

Giới thiệu về Tác giả

Hamish Gordon, Nghiên cứu viên về Khoa học Amospheric, Đại học Leeds

Cat Scott, Nghiên cứu viên Khoa học Khí quyển, Đại học Leeds

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan:

at Thị trường InnerSelf và Amazon