Воздушно-капельное исследование выявило удивительно большую роль пустынной пыли в формировании перистых облаков
Каждый год несколько миллиардов метрических тонн минеральной пыли выбрасываются в атмосферу из засушливых регионов мира, что делает пыль одним из самых распространенных типов аэрозольных частиц в атмосфере.
Теперь ученые узнают, что крошечные кусочки пыли из самых горячих и сухих частей Земли являются удивительно большим драйвером в формировании тонких ледяных облаков, известных как перистые в холодных, высокогорных высотах атмосферы, сообщает «phys.org».
Хотя ученые знают, что частицы пустынной пыли могут засеивать определенные облака, степень этой взаимосвязи была давним вопросом. Новое исследование, основанное на крупнейшей в истории воздушной миссии по отбору проб, проливает свет на роль пыли в климатической системе.
«Инициируемые пылью перистые облака удивительно многочисленны, составляя от 34 до 71% всех перистых облаков за пределами тропиков», — объяснил ведущий автор Карл Фройд, ученый CIRES в Лаборатории химических наук NOAA.
«Возможно, еще более удивительно, что мы обнаружили, что, хотя пустыня Сахара на сегодняшний день является крупнейшим в мире источником выбросов пыли, пустыни в Центральной Азии часто являются более важными источниками образования перистых облаков».
Анализ атмосферных измерений, собранных над отдаленными океанами во время трехлетней миссии НАСА по атмосферной томографии (ATom), показывает, что пыль играет доминирующую роль в формировании перистых облаков как в северном, так и в южном полушариях, и что некоторые пустыни гораздо более эффективны, чем другие, когда дело доходит до создания облаков.
Чтобы исследовать роль пыли, выдуваемой ветром, в создании перистых облаков, Фройд и его коллеги развернули специально построенный масс-спектрометр с одной частицей, известный как PALMS, на исследовательском самолете NASA DC-8 во время проекта ATom для измерения химического состава аэрозольных частиц в отдаленной атмосфере. Полеты ATom обогнули земной шар четыре раза в период с 2016 по 2018 год, пролетая длинные трансекты вниз по Тихому и Атлантическому океанам и через Северный Ледовитый и Южный океаны.
Во время полета инструмент PALMS непрерывно поглощал атмосферные частицы, одну за другой, используя лазер для испарения каждой из них в их отдельные компоненты, прежде чем они будут отправлены в масс-спектрометр, чтобы выявить их химические сигнатуры. Минеральная пыль является лишь одним из многих типов аэрозолей, которые этот мощный инструмент способен идентифицировать.
Исследователи столкнулись с континентальной пылью почти на каждой высоте и широте, отобранных самолетом, в том числе над Южным океаном, отдаленным Тихим океаном и Антарктидой. Уровни пыли, присутствующие в перистых формированиях верхней тропосферы, были довольно низкими, намного ниже того, что можно было наблюдать спутником, но были вездесущими. Было обнаружено, что даже при низких концентрациях пыль играет большую роль в контроле свойств облаков.
Несмотря на незначительные количества пылевых аэрозолей, измеренных в верхней тропосфере, пыль все еще достаточно распространена, чтобы стимулировать образование перистых облаков в течение всех сезонов вне тропиков, включая Южное полушарие.
Результаты моделирования также показали, что метеорологическая среда по ветру пустынных регионов была более важна для образования перистых, чем просто количество выбрасываемой пыли. На пустыню Сахара, например, приходится 60% глобальных выбросов пыли, но только небольшая часть этой пыли переносится вертикально в холодные температуры верхней тропосферы, где она может засеять крошечные кристаллы льда, которые составляют перистые облака. Напротив, сухая конвекция и азиатский летний муссон помогают более эффективно поднимать пыль из Центральной Азии.
Возможность правильно моделировать обилие пыли и образование ребристых перистых образований в моделях важна для понимания роли перистых облаков в климате. Облака сильно влияют на баланс солнечной радиации, которая регулирует температуру поверхности, но облака и образование облаков остаются плохо изученным аспектом климатической системы. В отличие от пухлых белых облаков, которые мы видим на более низких высотах, которые отражают солнечный свет, высотные перистые оказывают чистое потепление на наш климат, улавливая тепло, которое в противном случае улетучилось бы в космос. Удивительно большая роль минеральной пыли в контроле образования перистых соединений в глобальном масштабе устанавливает критическую роль пыли в климатической системе Земли.
«С изменением климата пустыни меняются во всем мире, и выбросы пыли меняются вместе с ними. Эти новые результаты помогают сосредоточить наше внимание на наиболее важных пустынях с точки зрения образования перистых соединений», — добавил Фройд. «Эти результаты являются поразительным сообщением для сообщества аэрозольных и облачных наук о том, что нам необходимо улучшить нашу обработку пыли и образования облаков в климатических моделях, чтобы более точно прогнозировать текущий и будущий климат».