A tavasz beköszöntével az északi félgömb hőmérséklete fokozatosan emelkedik, egy távoli pontján pedig apró jódrészecskék minden erejükkel egyre inkább azon munkálkodnak, hogy begyűjtsék a meleg napfényt és szigorúan titkos tervük szerint felolvasszák a sarkvidék tengeri jegét.
Az éghajlatkutatók számára a felhők hatalmas paradox képződmények, melyek visszaverhetik a Nap melegét, ugyanakkor csapdába is ejthetik a légkörben. Az emelkedő hőmérséklet termékei is lehetnek, de akár fel is erősíthetik annak hatását. A felhőket eredményező légkörkémiai vizsgálatok során a kutatók egy váratlanul erős természetes folyamatot tártak fel, mely fokozza növekedésüket. Mivel pedig bolygónk folyamatosan melegszik az üvegházhatást okozó gázok növekvő szintje miatt, ez az újonnan észlelt mechanizmus – melyet jelenleg egyetlen globális éghajlati modell sem vesz kellően számításba – jelentős szerepet játszhat a pólusok tengeri jégvesztésében.
A felfedezés az aeroszolok – légnemű közegben elszórt, apró, szilárd vagy cseppfolyós részecskék – vizsgálatának köszönhető. A levegőben lebegő parányi szemcséken kicsapódó (kondenzálódó) vízgőz felhőképződést eredményez. A közelmúltban a Science tudományos folyóiratban megjelent tanulmányban leírtak szerint létezik egy igen fontos és erős, ám mindeddig figyelmen kívül hagyott folyamat, ami mindezt befolyásolja. Ennek pedig meghatározó szereplője a felhőkeletkezés egyik aeroszolforrása, a jód.
E mechanizmus teljes éghajlatra gyakorolt hatását még alaposan fel kell mérni, azonban Andrew Gettelman, a Nemzeti Légkörkutató Központ (National Center for Atmospheric Research, NCAR) munkatársa szerint az aeroszol részecskékhez – melyek az éghajlati modellek kulcsfontosságú tényezői – kapcsolódó legkisebb változások is rendkívül jelentős következményekkel járhatnak. Gettelman ugyan nem szerzője a tanulmánynak, de fontos szerep hárul rá a szervezet éghajlati modelljeinek működtetésében. „A folyamat egyik legfőbb következménye mindenképp az olvadás felgyorsulása lesz az Északi-sarkvidéken.” – mondta Jasper Kirkby, az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) kísérleti fizikusa, aki az ezirányú vizsgálatokat magába foglaló CLOUD-kísérlet vezetője, az új tanulmány társszerzője.
Ahogyan a harmat kicsapódik a fűszálakon, úgy a légkörben található vízgőz is kondenzálódhat az aeroszolok körül, melynek következményeként felhők keletkezhetnek. Kétféle aeroszoltípus szolgálhat úgynevezett kondenzációs magként. Az elsődleges (primer) aeroszolok szinte bármilyen apró szemcsék lehetnek (például baktérium, homok, korom, tengeri só), míg a másodlagosak (szekunder) olyan nyomgázokat jelentenek, amelyek részt vesznek az „új részecskék képződése” néven ismert folyamatban. Ha a légköri viszonyok megfelelőek, a napfény és az ózon találkozása láncreakciót indíthat el, melynek következtében a másodlagos aeroszolok összetapadnak egyetlen hatalmas, több mint egymillió molekulát tartalmazó részecskévé.
Annak részletei, hogy végül mely vegyi anyagok válnak aeroszollá, és ez pontosan hogyan történik, mindeddig rejtély maradt, annak ellenére, hogy a másodlagos aeroszolokból álló részecskék az összes aeroszol több mint felét alkotják. Charles Brock, a Nemzeti Óceán- és Légkörkutatási Hivatal (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) szerint a több aeroszolt tartalmazó felhők általában hosszabb élettartamúak, terjedelmesebbek és jobb visszaverő képességgel, vagyis olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, melyek minden kétséget kizáróan befolyásolják a Föld hőmérsékletét, ám annál nehezebb őket beépíteni az éghajlati modellekbe.
Ezt az új részecskeképződési folyamatot a kutatók olyan gázok segítségével figyelték meg, mint a kénsav (különösen a városi területeken, ahol ez a vegyi anyag bőségesen rendelkezésre áll) és feltételezik, hogy a szmog is lehet e folyamat egyik következménye. A mérések szerint azonban ez nem csak az antropogén úton (emberi hatásra) légkörbe kerülő vegyületekre korlátozódik, előfordulhat az „érintetlen”, vagyis jobban mondva a kevésbé sűrűn lakott területeken is. Bolygónk felületének mintegy kétharmadát óceán borítja, így a legtöbb felhő értelemszerűen ezek felett keletkezik. Ezért szükséges e számunkra messzi területek folyamatait is megértenünk ahhoz, hogy az éghajlat működését a maga összetettségében is képesek legyünk értelmezni.
A kutatók Írország, Grönland és az Antarktisz távoli vidékein megfigyelték, hogy a jód (amely az olvadó tengeri jégből, algákból, és az óceánok felszínéből természetes módon is felszabadulhat) szintén jelentős hajtóereje lehet az új részecskék képződésének. A szakemberek leginkább arra keresték a választ, hogy a molekuláris jód miként válik aeroszollá, és mennyire hatékonyan teszi mindezt, összehasonlítva egyéb másodlagos aeroszolokkal. „Annak ellenére, hogy e részecskék légköri jelenléte ismert” – mondta Kirkby –, „nem tudtuk összekapcsolni az előre jelzett részecskék képződését a valóságban mért koncentrációjukkal.”
Ehhez a kutatóknak a CERN egyik vizsgálati eszközét kellett segítségül hívniuk. A hatalmas aeroszolkamra, a CLOUD rendkívül pontosan képes modellezni a Föld légköri viselkedését, habár a helyiséget eredetileg a felhőképződés és a világűrből érkező kozmikus sugarak lehetséges kapcsolatának vizsgálatára építették. Nyolc héten keresztül több mint két tucat kutató dolgozott éjjel-nappal, napi 8 órás műszakokban, szabályozva a mesterséges légkör hőmérsékletét és összetételét, majd aggódva figyelte, mi történt, ha jódot adtak a keverékhez. A kutatók a kísérleti berendezésnek hála valós időben figyelhették meg a kamrában létrejövő részecskéket. „Szó szerint percről percre zajlott a megfigyelés” – mondta Kirkby –, „a régimódi fizikai kísérleteket idézve.”
A CERN kutatói végül azt figyelték meg, hogy a jódsavból előálló aeroszolrészecskék rendkívül gyorsan, még az ammóniával kevert kénsavnál is nagyobb sebességgel képződtek. A jód emellett olyan hatékonyan végezte a dolgát, hogy a kutatók nem győzték „lesúrolni” a kamra falairól, hogy utána ismét olyan kísérletek elvégzésére is alkalmas legyen, melyek teljesen tiszta környezetet kívántak.
E megállapítások lényegesek a felhőképződési folyamatokat szabályozó, alapvető légköri kémia megértéséhez, ugyanakkor figyelmeztető jelként is szolgálnak. A globális jódkibocsátás ugyanis az elmúlt 70 év során megháromszorozódott, a kutatók pedig azt vetítik előre, hogy a kibocsátás csak folyamatosan gyorsulni fog, ahogyan a tengeri jég olvad, ezzel párhuzamosan pedig a felszínközeli ózonkoncentráció nő. Az eredmények alapján a molekuláris jód légköri felszaporodása további részecskékhez vezet, melyeken a vízgőz kicsapódni képes, így pedig egy végtelennek tűnő visszacsatolási folyamat alakul ki. Ugyanis minél több jég olvad el, annál több részecske, ennek nyomán pedig nagy mennyiségű felhő képződik, ami további olvadáshoz vezet, és így tovább.
Az eredmények továbbá a régóta megválaszolatlan kérdések megoldásában is segíthetik a kutatókat, például hogy a bolygó átlagosan milyen mértékben melegszik fel, ha a légkör szén-dioxid szintje az ipar előttihez képest megkétszereződik. Az előzetes becslések ezt a számot, vagyis az egyensúlyi éghajlati érzékenységnek nevezett értéket elég széles, 1,5 és 4,5 °C közé eső tartományba tették, ez a bizonytalanság pedig évtizedek óta tartja magát. „Ha Földünk mindössze egy biliárdgolyó egyszerűségű égitest volna, amely az űrben halad” – jegyzi meg Kirkby –, „könnyű volna meghatározni ezt a számot.” Sajnos azonban nem így van, ezért a kutatóknak figyelembe kell venniük a természetes rendszerekből származó visszacsatolásokat is, amelyek jelenleg a hosszú távú éghajlati modellek e rendkívüli bizonytalanságát adják.
Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) ötödik értékelő jelentésében szereplő becslések szerint a felhők mérsékelt hűtőhatást fejtenek ki, ám ennek hibahatárai alapján a felmelegedési hatástól a jelentősebb hűtési hatásig bármi előfordulhat. A felhőkre valóban igaz, hogy általában hűtik a bolygót, mivel fehérek, erősen képesek visszaverni a napfényt a világűrbe. A sarkvidéki hósapkák is hasonló fényvisszaverő képességgel (albedo) rendelkeznek, így a kettő között esetlegesen csapdába eső, hosszúhullámú sugárzás összességében melegedési hatást kelt.
A kutatók számára tehát további feladat, hogy megerősítsék, valóban a CLOUD-kamrában történtek szerint alakulna-e mindez a természetben. Bár a felsorolt megállapítások a helyes irányba tett lépést jelentik, sok más tényező jelenleg is bizonytalan, így például további kérdéseket vet fel a jégolvadás felhőképződésben betöltött szerepe.
SZOUCSEK ÁDÁM
