Το σύννεφο στο CERN αποκαλύπτει έναν νέο μηχανισμό πίσω από την αστική αιθαλομίχλη

Η συνεργασία CLOUD αποκάλυψε έναν νέο μηχανισμό που οδηγεί επεισόδια χειμερινής αιθαλομίχλης στις πόλεις.

Η συνεργασία CLOUD αποκάλυψε έναν νέο μηχανισμό που οδηγεί επεισόδια χειμερινής αιθαλομίχλης στις πόλεις. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν χθες στο περιοδικό Nature , θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ενημέρωση πολιτικών για τη μείωση της ρύπανσης των αστικών σωματιδίων, η οποία κατατάσσεται πέμπτη στους παράγοντες κινδύνου για τη θνησιμότητα παγκοσμίως.

Τα χειμερινά αστικά επεισόδια νέφους εμφανίζονται όταν σχηματίζονται νέα σωματίδια στον μολυσμένο αέρα που παγιδεύεται κάτω από μια αντιστροφή θερμοκρασίας. Ο θερμός αέρας πάνω από την αναστροφή αναστέλλει τη μεταφορά, προκαλώντας τη συσσώρευση ρύπανσης κοντά στο έδαφος. Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο τα πρόσθετα σωματίδια αερολύματος καταφέρνουν να σχηματιστούν και να αναπτυχθούν σε αυτόν τον εξαιρετικά μολυσμένο αέρα υπήρξε ένα μυστήριο μέχρι τώρα, επειδή θα πρέπει να χαθούν γρήγορα μέσω της σάρωσης από προϋπάρχοντα αερολύματα. Ένα νέο αποτέλεσμα από το CLOUD θα μπορούσε να εξηγήσει το μυστήριο.

Μια απεικόνιση των ατμοσφαιρικών ανομοιογένειας σε μια μεγαλούπολη, που δείχνει τις «Μεγάλες προσομοιώσεις Eddy» του Χονγκ Κονγκ πάνω σε έναν σύνθετο ορίζοντα του Λονδίνου. Οι προκύπτουσες ανομοιογένεια σε ατμούς αμμωνίας και νιτρικού οξέος μπορούν να οδηγήσουν τους ρυθμούς ανάπτυξης σωματιδίων σε έως και 100 φορές ταχύτερους από ό, τι είδαμε προηγουμένως. (Credit: Helen Cawley)

Το πείραμα CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) στο CERN περιλαμβάνει ένα ειδικό θάλαμο σύννεφων ικανό να μιμείται όλες τις διαφορετικές πτυχές της ατμόσφαιρας της Γης, με ακριβή έλεγχο των συνθηκών και εξαιρετικά χαμηλών ρύπων. Τα δεδομένα από όργανα δειγματοληψίας που είναι προσαρτημένα στον θάλαμο επιτρέπουν μια ολοκληρωμένη κατανόηση του σχηματισμού σωματιδίων αερολύματος και της επίδρασής τους στα σύννεφα και το κλίμα. Τα ιόντα από τις κοσμικές ακτίνες μπορούν επίσης να επηρεάσουν το σχηματισμό αερολύματος και οι συνεισφορές τους μελετώνται μεταβάλλοντας την ένταση μιας δέσμης πιόνων από το Proton Synchrotron του CERN, το οποίο διέρχεται μέσω του θαλάμου.

Στη νέα τους μελέτη, οι επιστήμονες του CLOUD προσομοίωσαν μολυσμένες αστικές συνθήκες στο θάλαμο και διερεύνησαν το ρόλο της αμμωνίας και του νιτρικού οξέος σε ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις. Οι παγκόσμιες εκπομπές αμμωνίας κυριαρχούνται από τη γεωργία. Στις πόλεις, ωστόσο, η παρουσία αμμωνίας και νιτρικού οξέος – που προέρχεται από οξείδια του αζώτου (NOx) – οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στα οχήματα.

«Η αμμωνία και το νιτρικό οξύ θεωρούνταν προηγουμένως παθητικός ρόλος στο σχηματισμό σωματιδίων, απλώς ανταλλάσσοντας με νιτρικό αμμώνιο στα σωματίδια», λέει ο Jasper Kirkby, επικεφαλής του πειράματος CLOUD.

Ωστόσο, η νέα μελέτη CLOUD έδειξε ότι μικρές ανομοιογένεια στις συγκεντρώσεις αμμωνίας και νιτρικού οξέος – που παραμένουν μόνο για λίγα λεπτά – μπορούν να οδηγήσουν σε ρυθμούς ανάπτυξης σωματιδίων έως και 100 φορές ταχύτερους από ό, τι είδαμε προηγουμένως, αλλά μόνο σε σύντομες εκκινήσεις που έχουν ξεφύγει από τον εντοπισμό μέχρι στιγμής. Αυτοί οι εξαιρετικά γρήγοροι ρυθμοί ανάπτυξης επαρκούν για να μετασχηματίσουν γρήγορα τα νεοσυσταθέντα σωματίδια σε μεγαλύτερο μέγεθος, όπου είναι λιγότερο επιρρεπείς σε απώλεια μέσω σάρωσης από προϋπάρχοντα σωματίδια. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα πυκνό επεισόδιο νέφους με μεγάλο αριθμό σωματιδίων.

«Παρόλο που οι εκπομπές οξειδίων του αζώτου είναι ρυθμισμένες, οι εκπομπές αμμωνίας δεν αυξάνονται και μπορεί ακόμη και να αυξάνονται με τους τελευταίους καταλυτικούς μετατροπείς που χρησιμοποιούνται σε οχήματα βενζίνης και ντίζελ. Η μελέτη μας δείχνει ότι η ρύθμιση των εκπομπών αμμωνίας από οχήματα θα μπορούσε να συμβάλει στη μείωση της αστικής αιθαλομίχλης », καταλήγει ο Jasper Kirkby.

Συνέντευξη του Jasper Kirkby, εκπροσώπου πειράματος CLOUD (Βίντεο: CERN)
Πειράματα και συνεργασίες, CLOUD, PS, κοσμικές ακτίνες
Πείραμα CLOUD   (Εικόνα: CERN)

πηγή