Sebuah laboratorium terbang besar mengungkapkan rahasia bagaimana kehidupan laut mempengaruhi pembentukan awan

Pemandangan dari pesawat penelitian DC-8 saat terbang melalui lapisan batas laut, bagian atmosfer di dekat permukaan laut di mana lautan mempengaruhi proses seperti pembentukan awan. Kredit: Sam Hall

Kehidupan di laut membantu menghasilkan awan, tetapi awan yang ada menghalangi awan baru

Berdirilah di tepi laut dan hirup aroma kabut garam yang luar biasa dan Anda akan mencium aroma laut yang tidak salah lagi. Bau matang, hampir berjamur? Ini adalah belerang.

Plankton laut menghirup lebih dari 20 juta ton belerang ke udara setiap tahun, sebagian besar dalam bentuk dimetil sulfida (DMS). Di udara, bahan kimia ini bisa berubah menjadi belerang kecut, yang membantu dalam pembentukan awan dengan menyediakan tempat untuk pembentukan tetesan air. Pada skala lautan dunia, proses ini mempengaruhi seluruh iklim.

Tetapi penelitian baru dari University of Wisconsin-Madison, National Oceanic and Atmospheric Administration dan lainnya mengungkapkan bahwa lebih dari sepertiga DMS yang dipancarkan dari laut tidak pernah dapat membantu membentuk awan baru karena hilang di awan itu sendiri. Temuan baru secara dramatis mengubah pemahaman yang berlaku tentang bagaimana kehidupan laut mempengaruhi awan dan dapat mengubah cara para ilmuwan memprediksi bagaimana pembentukan awan akan merespon perubahan di lautan.

Penulis pertama studi Gordon Novak difoto menggunakan peralatan penginderaan kimia Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional yang digunakan dalam penelitian ini. Kredit: Atas perkenan Gordon Novak

Dengan memantulkan sinar matahari kembali ke angkasa dan mengendalikan curah hujan, awan memainkan peran penting dalam iklim global. Memprediksi mereka secara akurat sangat penting untuk memahami dampak perubahan iklim.

“Ternyata kisah pembentukan awan ini benar-benar tidak lengkap,” kata Tim Bertram, seorang profesor kimia di University of Wisconsin-Madison dan penulis senior laporan baru tersebut. “Selama tiga atau empat tahun terakhir, kami telah bertanya-tanya tentang bagian-bagian dari cerita itu, apakah melalui eksperimen laboratorium atau melalui eksperimen lapangan skala besar. Sekarang kami dapat menghubungkan titik-titik antara apa yang keluar dari laut dan bagaimana partikel-partikel itu keluar dengan lebih baik. yang mendorong terbentuknya awan.”

Dengan kolaborator dari 13 institusi lain, Gordon Novak, seorang mahasiswa pascasarjana di University of Wisconsin-Madison, menempatkan analisis yang diterbitkan pada 11 Oktober 2021, di Prosiding National Academy of Sciences.

Beberapa tahun yang lalu, kelompok kolaborator ini, yang dipimpin oleh Patrick Ferris di NOAA, menemukan bahwa dalam perjalanannya menjadi asam sulfat, DMS pertama kali diubah menjadi molekul yang dikenal sebagai HPMTF, yang belum pernah dikenali sebelumnya. Untuk studi baru, tim menggunakan NASASebuah pesawat yang sarat dengan instrumen berpemilik untuk melakukan pengukuran rinci bahan kimia ini di atas lautan terbuka di dalam awan dan di bawah langit yang cerah.

“Ini adalah pesawat DC-8 yang sangat besar. Ini adalah laboratorium terbang. Pada dasarnya semua kursi telah dilepas, dan instrumen kimia yang sangat tepat telah dipasang yang memungkinkan tim untuk mengukur, pada konsentrasi yang sangat rendah, kedua molekul yang dilepaskan ke atmosfer dan semua zat antara kimia,” katanya.

Tim menemukan dari data penerbangan bahwa HPMTF mudah larut dalam tetesan air awan yang ada, secara permanen menghilangkan belerang ini dari proses nukleasi awan. Di daerah bebas awan, lebih banyak HPMTF yang tersisa menjadi asam sulfat dan membantu membentuk awan baru.

Dipimpin oleh kolaborator Universitas Negeri FloridaTim memperhitungkan pengukuran baru ini dalam model global besar kimia atmosfer laut. Mereka menemukan bahwa 36% belerang dari DMS hilang ke awan dengan cara ini. 15% belerang lainnya hilang melalui proses lain, sehingga hasilnya adalah kurang dari setengah pelepasan plankton laut belerang seperti DMS dapat membantu membentuk awan nuklir.

“Hilangnya belerang di awan mengurangi laju pembentukan partikel kecil, sehingga mengurangi laju pembentukan inti awan itu sendiri. Efek pada kecerahan awan dan properti lainnya harus dieksplorasi di masa depan,” kata Bertram.

Sampai saat ini, sebagian besar peneliti mengabaikan efek awan pada proses kimia di atas lautan, sebagian karena data yang baik dari lapisan awan sulit diperoleh. Tetapi studi baru menunjukkan kekuatan alat yang tepat untuk mendapatkan data itu dan peran penting yang dapat dimainkan awan, bahkan memengaruhi proses yang memunculkan awan itu sendiri.

“Pekerjaan ini benar-benar membuka kembali bidang kimia kelautan ini,” kata Bertram.

Referensi: “Penghilangan awan yang cepat dari produk oksidasi dimetil sulfida membatasi produksi nukleasi SO dan kondensasi awan di atmosfer laut” Gordon A. Novak, Charles H. Fett, Christopher D. Holmes, Patrick R. Ferris, J. Andrew Newman, Ian Valona, ​​Joel A. Thornton, Glenn M. Wolf, Michael B. Vermeuil, Christopher M. Jernigan, Jeff Peschel, Thomas B. Kanako Sekimoto, T. Bullboy, Jonathan Dean Day, Glenn S. Diskin, Joshua B. Deganji, John B. Nowak, Richard H. Moore, Elizabeth B. Wiggins, Edward L. Winstead, Claire Robinson, K. Lee Thornhill, Kevin J. Sanchez, Samuel R. Hall, Kirk Ullmann, Maximilian Dollner, Bernadette Wenzierl, Donald R. Blake dan Timothy H. Bertram, 11 Oktober 2021, Prosiding National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2110472118

Pekerjaan ini didukung sebagian oleh National Science Foundation (hibah GEO AGS 1822420 dan CHE 1801971), NASA (hibah 80NSSC19K1368 dan NNX16AI57G) dan Departemen Pertanian Amerika Serikat (hibah CA-D-LAW-2481-H).