Deteksi pohon mengacaukan perhitungan iklim – Ars Technica

Setiap tahun antara bulan September dan Desember, Lubna Dada menciptakan awan. Dada, seorang ilmuwan atmosfer, berkumpul dengan puluhan rekannya untuk melakukan eksperimen di ruang baja tahan karat berkapasitas 7.000 galon di CERN di Swiss. “Ini seperti perkemahan sains,” kata Dada, yang mempelajari bagaimana emisi alami berinteraksi dengan ozon untuk menghasilkan aerosol yang mempengaruhi iklim.

Awan adalah sumber terbesar kecurigaan Dalam prediksi iklim. Tergantung pada lokasinya, bisa jadi itu adalah tutupan awan Memantulkan sinar matahari daratan dan lautan yang dapat menyerap panasnya, suatu hal yang jarang terjadi di dunia yang memanas. Tapi itu juga bisa ditarik perangkap Panas di atas es di Arktik dan Antartika. Para ilmuwan ingin mengetahui lebih banyak tentang apa yang menyebabkan awan terbentuk, dan apakah efek ini merupakan pendinginan atau pemanasan. Yang terpenting, kata Dada, “kami ingin tahu bagaimana kami sebagai manusia mengubah awan.”

Di langit, partikel aerosol menarik uap air atau es. Ketika bola-bola kecil yang basah itu menjadi cukup besar, mereka menjadi… Benih awan. Setengah dari tutupan awan bumi terdiri dari pasir, garam, jelaga, asap, dan debu. Separuh lainnya terbentuk di sekitar uap yang dikeluarkan oleh organisme atau mesin hidup, misalnya uap air Sulfur dioksida, yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil.

Di CERN, para ilmuwan mengulangi proses ini dengan menyuntikkan uap ke dalam ruang baja yang mewakili lingkungan tertentu. (Ini disebut ruang awan, diambil dari nama tetesan kosmik yang tertinggal di luar ruangan.) Misalnya, alat ini dapat mensimulasikan gas yang ditemukan di atas kota. Namun Dada, yang biasanya bekerja di Paul Scherrer Institute di Swiss, pergi ke Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN) untuk melihat ke masa lalu. Tim ilmuwannya dari seluruh dunia ingin menciptakan kembali udara di atas hutan, karena atmosfer “murni” mengacu pada pembentukan awan sebelum industrialisasi. “Kita memerlukan perbandingan ini dengan saat tidak ada emisi manusia, sehingga kita dapat memperbaiki model iklim kita,” katanya.

Dalam makalah yang diterbitkan Bulan ini Dalam Science Advances, tim Dada telah menciptakan faktor baru yang kuat dalam pembentukan awan: sejenis bahan kimia yang dilepaskan oleh pepohonan. Pohon memancarkan Bahan mudah menguap alami Seperti isoprena dan monoterpen yang dapat menimbulkan percikan api Pembentukan awan Reaksi kimia. Karya baru Dada berfokus pada kelompok zat volatil yang kurang berlimpah yang disebut seskuiterpen, yang memiliki aroma kayu, tanah, asam atau pedas, tergantung pada molekul dan jenis tanaman atau mikroba yang mengeluarkannya.

Tim menunjukkan bahwa seskuiterpen lebih efektif dari yang diperkirakan dalam menyemai awan. Hanya perbandingan 1 banding 50 seskuiterpen dengan bahan mudah menguap lainnya Dua kali lipat Pembentukan awan.

Peran pepohonan dalam menyemai awan sangatlah penting, karena hal ini memberikan gambaran seperti apa langit di beberapa wilayah jika pemerintah dapat membatasi emisi belerang. Di dunia yang polusinya lebih sedikit, tanaman dan pepohonan akan menjadi pendorong paling dominan pembentukan awan, yang merupakan cerminan dari dunia pra-modern.

Penelitian ini dapat membantu meningkatkan perkiraan tentang seperti apa atmosfer sebelum industrialisasi. Kita mungkin meremehkan jumlah aerosol di dunia dengan mengabaikan sebagian besar aerosol yang berasal dari pepohonan. Jika demikian, model iklim perlu dilengkapi kembali.

“Pembentukan partikel baru adalah topik yang sangat hangat saat ini,” kata Paquita Zuidema, ilmuwan atmosfer di Universitas Miami, yang tidak ikut serta dalam penelitian ini. “Kami semakin menyadari bahwa kami tidak tahu persis seperti apa cuaca murni itu.”

Meskipun emisi antropogenik mendominasi pembentukan awan di kawasan berpenduduk padat, bahan-bahan mudah menguap dari tumbuhan mendominasi lahan alami di tempat lain. Peralatan laboratorium akhir-akhir ini menjadi cukup sensitif untuk memahami mana yang memberikan kontribusi paling besar.

Banyak penemuan tentang seskuiterpen yang relatif baru. Pada tahun 2010, Para peneliti menemukannya Dekat lantai hutan Amazon. Jauh di atas kanopi, seskuiterpen sulit dilacak. Hal ini menunjukkan bahwa ozon mengubah seskuiterpen menjadi aerosol yang memberi makan awan. Dada melaporkan sistem serupa di Hutan dan lahan gambut Finlandia tahun lalu. “Kami melihat lebih banyak lagi karena alat kami kini jauh lebih baik,” katanya. “Mereka tidak hanya ada di Amazon.”

Ketika Dada dan rekan-rekannya memulai penelitian baru, mereka bertujuan untuk menguji kemampuan seskuiterpen membentuk awan dengan mensimulasikan udara di hutan yang tidak terganggu oleh emisi manusia. Mereka memulai dengan dasar, mengukur apa yang terjadi setelah mengionisasi campuran atmosfer dari bahan volatil “bio” yang paling umum: isoprena dan alfa-pinena, suatu monoterpen. Campuran ini menyemai awan, seperti yang diharapkan. Selanjutnya, tim melakukan hal yang sama dan mencampurkan seskuiterpen yang disebut β-caryophyllene. Berasal dari pohon pinus dan jeruk dan berbau seperti merica bubuk.

Dada berhipotesis bahwa beta-caryophyllene akan bereaksi secara kimia, membentuk aerosol dan akhirnya menjadi awan. Dia dan timnya berdiri di ruang kontrol memantau 15 monitor yang menampilkan pembacaan data secara real-time, seperti ukuran dan konsentrasi aerosol. Mereka akan tahu bahwa dia benar jika grafik ukuran partikel berubah warna di layar. Ia akan tumbuh dan berubah warna dari biru menjadi kuning pisang seiring bertambahnya jumlah benih awan.

Pada ronde pertama, grafik berubah menjadi kuning. Dada benar. (“Kami semua berteriak ‘Pisang! Pisang! Pisang!’” kenangnya.) Menambahkan hanya 2% volume beta-caryophyllene ke dalam campuran akan melipatgandakan pembentukan awan dan menyebabkan molekul tumbuh. lebih cepat. Ini adalah percobaan pertama yang menunjukkan bagaimana seskuiterpen membentuk awan. Dada mengatakan ia telah menunjukkan bahwa meskipun hanya sebagian kecil dari senyawa yang dihembuskan oleh pepohonan, “kontribusinya sangat besar.”

“Menambahkan sedikit seskuiterpen memiliki efek yang sangat besar,” kata Jiwen Fan, ilmuwan atmosfer di Argonne National Laboratory yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Meskipun seskuiterpen menghasilkan aerosol “mikro” yang tidak cukup besar untuk membentuk awan, namun tetap dapat mempengaruhi cuaca. Pada tahun 2018, Fan menunjukkan bahwa ketika awan hujan besar “menelan” aerosol ultrahalus, mereka membentuk tetesan baru. Aktifkan badai petir.

Bagi Fan, data baru menunjukkan bahwa seskuiterpen dapat membantu menjelaskan aliran aerosol global dengan lebih baik. Aerosol menyebabkan awan mengalihkan lebih banyak panas dari bumi, sebuah efek yang dikenal sebagai “pemaksaan radiasi.” (Ini adalah ide di baliknya Konspirasi Untuk insinyur geologi Atmosfer aerosol: penyemaian awan secara artifisial yang dapat mendinginkan bumi.) Lebih banyak aerosol berarti lebih banyak awan reflektif yang tampak lebih putih, bertahan lebih lama, dan lebih sedikit curah hujan.

Namun para ilmuwan mengalami kesulitan dalam mensimulasikan jumlah aerosol yang harus diperhitungkan dalam model. “Ini merupakan masalah yang sudah berlangsung lama,” kata Fan. “Banyak model iklim yang melebih-lebihkan dampak aerosol yang disebabkan oleh manusia.” Mungkin ini karena mereka meremehkan penyebaran aerosol alami – dari mikroba, tumbuhan dan pohon – sebelum revolusi industri. “Mungkin yang kita jadikan acuan sebenarnya aerosolnya tidak serendah yang kita duga,” Zuidema sependapat.

Dengan mengukur bagaimana pepohonan membentuk awan, para ilmuwan dapat memprediksi iklim masa depan dan masa lalu dengan lebih baik. Emisi industri mengurangi sebagian pemanasan melalui gaya radiasi, karena aerosol belerang dapat menciptakan awan reflektif. Namun jika bioaerosol lebih melimpah dari yang diperkirakan sebelum Manufaktur, kontribusi dari industri kurang penting.

Sulit untuk memprediksi apa yang dapat diperoleh dari perhitungan ulang ini mengenai pemanasan global, karena ada begitu banyak bagian yang bergerak dalam iklim yang dinamis. Misalnya, tekanan panas, cuaca ekstrem, dan kekeringan menyebabkan tanaman menurun Pelepasan lebih banyak zat mudah menguap bioaktif– Yang menumbuhkan lebih banyak awan. Deforestasi dan tekanan panas adalah penyebabnya Mendorong barisan pohon untuk bermigrasi ke ketinggian dan garis lintang yang lebih tinggi. yang mempengaruhi Di mana Bentuk awan.

“Ini adalah putaran umpan balik,” kata Dada. “Iklim mempengaruhi pembentukan awan, dan awan mempengaruhi iklim.”

Model iklim yang lebih baik akan membantu para ilmuwan memprediksi cara terbaik untuk melakukan mitigasi: “Jika kita membutuhkan lebih banyak awan, jika kita membutuhkan lebih sedikit awan,” kata Dada. Namun dilemanya adalah model iklim sangat menuntut komputasi. Mungkin tidak mudah untuk menerapkan ilmu fisika pada sesuatu yang sekecil semprotan pohon.

Dada kembali ke CERN musim gugur ini untuk pengujian lebih lanjut. Timnya sekarang ingin melihat bagaimana emisi antropogenik, seperti sulfur dioksida, mempengaruhi kemampuan tanaman dalam menyemai awan. Mereka mungkin memperlambat satu sama lain, atau saling mempercepat. Tujuan mereka adalah untuk memperluas kesimpulan mereka ke bidang-bidang yang tidak murni seperti hutan, di mana terdapat banyak jenis emisi campuran. “Kami mencoba menambahkan faktor antropogenik, untuk mendapatkan gambaran yang lebih realistis di hampir setiap tempat di dunia,” katanya.

Cerita ini pertama kali muncul di Kabel.com.