Genom att göra sina egna moln har forskare listat ut hur några av de fetaste vattendropparna bildas. Och de upptäcker att det är vad som finns på utsidan som spelar roll.
Klimatforskare måste förstå hur vattendroppar samlas till kolossala moln. Det är det enda sättet de kan reproducera molnbildning i de datorprogram som de använder för att modellera klimatförändringar. Just nu är det något som dessa datormodeller kämpar med.
“En molnmodell måste fånga den underliggande kemin korrekt”, säger Kevin Wilson. “Det verkar som att den nuvarande inte gör det.”
Wilson är fysikalisk kemist vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien. Han var en del av ett team som gjorde den nya forskningen. Små, kolhaltiga molekyler kan belägga utsidan av en utvecklande droppe och hjälpa den att växa. I själva verket
, visade de, kan dessa kolbaserade molekyler leda till droppar som är 50 procent bredare än man hade förväntat sig.
Vattendropparna är större eftersom de kolhaltiga (eller organiska) molekylerna minskar vattnets ytspänning. Det gör att fler vattenmolekyler kan kondensera ur luften och låsa sig på droppen. Och större vattendroppar är mer benägna att bilda moln, konstaterar Wilson.
Hans teams resultat visas i 25 mars Science.
Kemins roll De vattendroppar som utgör molnen bildas runt aerosoler. Dessa är små luftburna partiklar som vattenånga kan kondensera på. Ibland kan molekyler från dessa aerosoler
också kan blandas in i vattendropparna. Detta kan hjälpa dem att växa sig större än de som är gjorda av rent vatten.
Forskare hade antagit att denna blandningsprocess endast kontrollerade storleken på vattendroppar som bildas runt organiska (kolbaserade) aerosoler. Exempel på sådana organiska aerosoler inkluderar föroreningar från förbränning av fossila bränslen eller röken som sprids från skogsbränder.
Wilson och hans kollegor ville testa det antagandet. De fyllde ett cylindriskt rör som var cirka 1,2 meter (4 fot) högt med fuktig luft. Sedan tappade de organiska aerosoler i den. När vatten kondenserade och bildade droppar runt aerosolarna använde forskarna lasrar för att övervaka dropparnas tillväxt.
Aerosoler som används för att få molntillväxt kallas “fröpartiklar”. Som alla aerosoler är de små. Men dessa fröpartiklar ledde till stora droppar. De var faktiskt 40 till 60 procent större än forskarna skulle ha förväntat sig om de organiska molekylerna helt enkelt hade blandat sig i vattnet.
Så forskarna började fundera på varför detta kunde vara. Istället för att blandas in i droppens inre tror Wilson och hans kollegor nu att de organiska molekylerna samlas på dess yta. Där förändrar de samspelet mellan droppen och den omgivande luften. De sänker dess ytspänning, vilket gör det lättare för mer vatten att kondensera på utsidan av den växande droppen.
Större är bättre, säger Wilson. Det beror på att dropparna måste nå en viss storlek för att förbli intakta tillräckligt länge för att bilda moln.
De nya uppgifterna visar att ytspänningen inte kan ignoreras, säger Leo Donner. Han är en atmosfärsforskare. Han arbetar i Geophysical Fluid Dynamics Laboratory i Princeton, NJ, som är en del av National Oceanic and Atmospheric Administration.
“Detta är viktigt”, säger Donner, “för att förstå molnens roll i klimatet och hur moln kan förändras när atmosfärens sammansättning förändras.” Detta kan hjälpa människor att förutse vad de kan förvänta sig i samband med klimatförändringar. Om forskarna vet hur vissa aerosoler är länkade till moln, kanske de kan ta reda på var och hur moln kommer att bildas.
Det kommer att ta tid och mycket forskning att förbättra datorerna som försöker förutsäga hur klimatet kan förändras, säger Donner. “Detta är inte den enda delen av problemet, men det är en viktig del.”
Maktord (för mer om Power Words, klicka på här)
aerosol En grupp små partiklar suspenderade i luft eller gas. Aerosoler kan vara naturliga, såsom dimma eller gas från vulkanutbrott, eller konstgjorda, såsom rök från brinnande fossila bränslen.
atmosfär Höljet av gaser som omger jorden eller annan planet.
atmosfärsfysik Detta meteorologiområde är relaterat till klimatvetenskap. Människor som arbetar inom detta område kallas atmosfärsfysiker, använd datorer och matematik för att modellera egenskaperna hos jordens atmosfär som driver väder och klimat.
kemi Det vetenskapsområde som behandlar ämnens sammansättning, struktur och egenskaper och hur de interagerar med varandra.
Kemister använder denna kunskap för att studera okända ämnen, att reproducera stora mängder användbara ämnen eller att designa och skapa nya och användbara ämnen. (om föreningar) Termen används för att hänvisa till receptet för en förening, hur den är framställd eller några av dess egenskaper.
klimat De väderförhållanden som råder i ett område i allmänt eller över en lång period.
klimatförändring Långsiktig, betydande förändring i jordens klimat. Det kan hända naturligt eller som svar på mänskliga aktiviteter, inklusive förbränning av fossila bränslen och röjning av skog.
moln En massa luftburna vattendroppar och is kristaller som färdas som en plym, vanligtvis högt upp i jordens atmosfär. Deras rörelse drivs av vindar.
datormodell Ett program som körs på en dator som skapar en modell, eller simulering, av en verklig egenskap, ett fenomen eller en händelse.
datorprogram En uppsättning instruktioner som en dator används för att utföra viss analys eller beräkning. Skrivandet av dessa instruktioner kallas datorprogrammering.
kondensera För att byta från en gas eller en ånga till en vätska. Detta kan till exempel inträffa när vattenmolekyler i luften går samman och blir vattendroppar.
fossilt bränsle Vilket bränsle som helst — såsom kol, petroleum (råolja) eller naturgas – som har utvecklats i jorden under miljontals år från förmultnade rester av bakterier, växter eller djur.
fuktighet Ett mått på mängden vattenånga i atmosfären. (Luft med mycket vattenånga kallas fukt.)
modell En simulering av en händelse i verkligheten (vanligtvis med en dator) som har utvecklats för att förutsäga ett eller flera sannolika utfall.
molekyl En elektriskt neutral grupp av atomer som representerar minsta möjliga mängd av en kemisk förening. Molekyler kan vara gjorda av enstaka typer av atomer eller av olika typer. Till exempel består syret i luften av två syreatomer (O2), men vatten består av två väteatomer och en syreatom (H2O).
nano Ett prefix som indikerar en miljarddel. I det metriska mätsystemet används det ofta som en förkortning för att hänvisa till objekt som är en miljarddels meter långa eller i diameter.
National Oceanic and Atmospheric Administration, eller NOAA En vetenskapsbyrå från det amerikanska handelsdepartementet. Denna byrå grundades ursprungligen 1807 under ett annat namn (The Survey of the Coast), och fokuserar på att förstå och bevara havets resurser, inklusive fiske, skydda marina däggdjur (från sälar till valar), studera havsbotten och undersöka den övre atmosfären.
organisk
(i kemi) Ett adjektiv som anger något är kolinnehållande; en term som relaterar till de kemikalier som utgör levande organismer. (inom jordbruket) Jordbruksprodukter odlade utan användning av icke-naturliga och potentiellt giftiga kemikalier, såsom bekämpningsmedel.
partikel En liten mängd av något.
fysikalisk kemi Det område av kemi som använder fysiktekniker och teorier för att studera kemiska system. En vetenskapsman som arbetar inom det området är känd som en fysisk kemist
.
simulera Att lura på något sätt genom att imitera form eller funktion av något. Ett simulerat dietfett, till exempel, kan lura munnen att det har smakat ett riktigt fett eftersom det har samma känsla på tungan – utan att ha några kalorier. En simulerad känsla av känsel kan lura hjärnan att tro att ett finger har rört vid något även om en hand kanske inte längre finns och har ersatts av en syntetisk lem. (i datoranvändning) För att försöka imitera någots förutsättningar, funktioner eller utseende. Datorprogram som gör detta kallas simuleringar.
ytspänning Ytfilmen av en vätska som orsakas genom de starka bindningarna mellan molekylerna i ytskiktet.
Leave a Reply