В соленых брызгах от волн, разбивающихся о берег, спрятаны ключи к будущему нашей планеты.

Томас Собира, аспирант Nathanson Group, работающий с CAICE, объясняет, как пентоксид азота попадает в вакуумную камеру, где он реагирует брызгами воды, составляющими треть ширины человеческого волоса. Фото: Татум Лайлс Флик

Химики из Университета Висконсин-Мэдисон поворачиваются туда, где океан встречает небо, чтобы изучить, как на наше прошлое, настоящее и будущее климат воздействует сложный аэрозоль, состоящий из морской воды, воздуха и кусочков органического вещества из организмов, которые называют океан домой.

Исследователи являются членами Центра воздействия аэрозолей на химию окружающей среды или CAICE, финансируемого Национальным научным фондом сотрудничества, посвященного изучению воздействия этих аэрозольных частиц на качество воздуха и климат.

Поскольку океаны покрывают 70 процентов планеты, это сложная задача.

«Там много воды – много океана – и много ветра», – говорит Джозеф Горд, научный сотрудник UW-Madison, работающий в CAICE.

CAICE недавно получила 20 миллионов долларов от NSF для финансирования своих вторых пяти лет, с 3 миллионами долларов, предназначенными для UW-Madison. CAICE находится в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Это сотрудничество между 12 университетами и институтами по всей стране.

«Чтобы понять нынешний климат, нам нужно знать, что произошло до того, как мы были здесь», – говорит Тимоти Бертрам, заместитель директора CAICE и профессор химии в UW – Madison. «Мы хотим знать, как выглядели аэрозольные частицы, центральные для формирования облаков и климатической системы в доиндустриальные времена».

Шон Стаудт, аспирант, работающий с CAICE

Шон Стаудт, аспирант, работающий с CAICE, регулирует подачу пятиокиси азота на масс-спектрометр, используемый для изучения реакций атмосферного газа на границах атмосферы. Фото: Татум Лайлс Флик

Чтобы исследовать прошлые условия, ученые CAICE создали модель взаимодействия с океаном, чтобы воссоздать химический состав морских брызг в лаборатории. Это позволяет исследователям изменять условия и моделировать различные геологические периоды времени или факторы окружающей среды. Изменение температуры океана, повышение кислотности океана, загрязнение и вредоносное цветение водорослей – все это меняет состав этой аэрозольной зоны и может повлиять на погодные условия и здоровье человека.

«Мы хотим понять, как работает естественный процесс», – говорит Бертрам. «Мы также хотим понять, как люди влияют на океаны и какую роль могут играть эти мелкие частицы».

Новый грант NSF сфокусирует проект на трех основных частях: производство частиц; химические реакции на границе раздела вода-воздух; и как частицы влияют на образование облаков.

Исследователи UW-Madison фокусируются на химических реакциях между частицами аэрозоля и атмосферными газами. Один класс газов, известный как химически активные соединения азота, может сильно влиять на концентрацию окислителей в атмосфере. Эти окислители, такие как озон, имеют решающее значение для точности химических и климатических моделей.

«Понимая поведение этих молекул, мы вооружаем и позволяем людям, которые углубленно изучают другие климатические процессы, делать более точные прогнозы и модели атмосферы», – говорит Горд.

Джозеф Р. Горд, научный сотрудник UW-Madison

Джозеф Р. Горд, научный сотрудник UW-Madison, работающий в CAW, изучает замороженный пятиокись азота, атмосферный газ. Он будет использовать его для изучения химических реакций, происходящих на границе океана и воздуха. Фото: Татум Лайлс Флик

Концентрации химически активных соединений азота в атмосфере также влияют на количество твердых частиц, которые, наряду с озоном, могут сказываться на здоровье человека. Агентство по охране окружающей среды контролирует как озон, так и твердые частицы.

«Огромное количество молекул способствует общей картине климата», – говорит Горд. «Мы изучаем некоторых малоизвестных игроков, чтобы понять их поведение, чтобы люди, которые смотрят на картину в целом, имели точные отправные точки для своей работы».

Сотрудники CAICE опираются на быстро растущий сбор данных и на общий интерес и опыт в химии и науке о климате.

«Наш центр привлекает не только химиков всех мастей, но и биологов и океанологов, и мы напрямую связаны с сообществом по моделированию климата», – говорит Джил Натансон, профессор химии в UW-Madison и старший исследователь в CAICE. «Это масштабное мероприятие, которое ведет как к фундаментальным, так и к ощутимым открытиям».

По материалам phys.org