Το πείραμα CLOUD στο CERN αποκαλύπτει το ρόλο των ιωδικών οξέων στο σχηματισμό ατμοσφαιρικών αιωρούμενων σωματιδίων

Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science, η συνεργασία CLOUD στο CERN δείχνει ότι τα αιωρούμενα σωματίδια του αερολύματος που γίνονται από ιωδικό οξύ μπορούν να σχηματιστούν εξαιρετικά γρήγορα στο στρώμα του θαλάσσιου συνόρου – το μέρος της ατμόσφαιρας που είναι σε άμεση επαφή με τον ωκεανό. Τα σωμάτια του αερολύματος στην ατμόσφαιρα επιδρούν στο κλίμα, τόσο άμεσα όσο και έμμεσα, όμως πώς τα καινούργια αιωρούμενα σωμάτια του αερολύματος σχηματίζονται και επηρεάζουν νέφη και κλίμα παραμένει σχετικά λίγο κατανοητό. Αυτό είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον για τα σωμάτια που σχηματίζονται επάνω από τον απέραντο ωκεανό.

«Τα σωματίδια ιωδικού οξέος παρατηρήθηκαν προηγουμένως σε ορισμένες παράκτιες περιοχές, όμως δεν γνωρίζαμε μέχρι τώρα πόσο σημαντικά μπορούν να είναι σε παγκόσμιο επίπεδο», αναφέρει ο εκπρόσωπος του CLOUD, Jasper Kirkby. «Αν και τα περισσότερα ατμοσφαιρικά σωματίδια σχηματίζονται από θειικό οξύ, η μελέτη μας δείχνει ότι το ιωδικό οξύ μπορεί να είναι ο κύριος υπεύθυνος στις ανέγγιχτες, παρθένες, θαλάσσιες περιοχές».

Το CLOUD είναι ένα μοναδικό πείραμα. Είναι το πρώτο εργαστηριακό πείραμα στον κόσμο για να επιτευχθεί η τεχνική επίδοση που απαιτείται για να μετρηθεί ο σχηματισμός και η ανάπτυξη των σωματιδίων του αερολύματος από ένα μείγμα ατμών κάτω από ελεγχόμενες, με ακρίβεια, συνθήκες. Επιπροσθέτως, το πείραμα μπορεί να μελετήσει πώς ιόντα που παράγονται από σωματίδια υψηλής ενέργειας, που αποκαλούνται κοσμικές ακτίνες, επηρεάζουν το σχηματισμό των σωματιδίων του αερολύματος, χρησιμοποιώντας είτε τη σταθερή ροή των φυσικών κοσμικών ακτίνων που καταιονίζουν τον θάλαμο του CLOUD, ή – για να προσομοιώσουν μεγαλύτερα υψόμετρα – μια δέσμη σωματιδίων από το Σύχνοτρον Πρωτονίων του CERN.

Στη νέα μελέτη, η ομάδα του CLOUD ερεύνησε πώς τα σωματίδια του αερολύματος σχηματίζονται από ατμούς που παράγονται από μοριακό ιώδιο υπό τις συνθήκες του στρώματος του θαλάσσιου συνόρου. Βρήκαν ότι ο σχηματισμός σωματιδίων και η ανάπτυξη οδηγείται από το ιωδικό οξύ (HIO3) και ότι το ιώδες οξύ (HIO2) παίζει ένα ρόλο κλειδί στα αρχικά βήματα του σχηματισμού των ουδέτερων σωματιδίων – αυτών χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. Επιπροσθέτως, οι ερευνητές βρήκαν ότι τα σωματίδια ιωδικού οξέος διαμορφώνονται εξαιρετικά γρήγορα – ακόμη πιο γρήγορα από ότι τα σωματίδια θειικού οξέος-αμμωνίας σε όμοιες συγκεντρώσεις οξέος. Βρήκαν επίσης ότι ιόντα από κοσμικές ακτίνες που προέρχονται από τον Γαλαξία μας επιταχύνουν το ρυθμό σχηματισμού σωματιδίων στο μέγιστο δυνατό, που περιορίζεται μόνο από το πόσο συχνά συγκρούονται τα σωματίδια.

«Ο σχηματισμός σωματιδίων ιωδικού οξέος είναι πιθανό να είναι ιδιαίτερα σημαντικός σε παρθένες θαλάσσιες περιοχές όπου οι συγκεντρώσεις θειικού οξέος και αμμωνίας είναι εξαιρετικά χαμηλές», αναφέρει ο Kirkby. «Πράγματι, έχει πρόσφατα αναφερθεί συχνά σχηματισμός νέων σωματιδίων πάνω από κομμάτια πάγου στην Αρκτική, με κύριο υπεύθυνο το ιωδικό οξύ, αλλά με μικρή συνεισφορά από το θειικό οξύ».

Τα αποτελέσματα έχουν σημαντικές επιπτώσεις. Η επιφάνεια του ωκεανού, ο θαλάσσιος πάγος και τα εκτεθειμένα φύκια είναι οι κύριες πηγές του ατμοσφαιρικού ιωδίου. Οι παγκόσμιες εκπομπές ιωδίου σε μεγάλα υψόμετρα έχουν αυξηθεί τρεις φορές κατά τη διάρκεια των επτά περασμένων δεκαετιών και είναι πιθανόν να συνεχίσουν να αυξάνονται στο μέλλον καθώς ο θαλάσσιος πάγος γίνεται λεπτότερος. «Στις πολικές περιοχές, αερολύματα και νέφη έχουν αυξητική επίδραση για τη θερμοκρασία επειδή απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία που αλλιώς θα χανόταν στο διάστημα και στη συνέχεια την ακτινοβολούν πίσω προς την επιφάνεια. Τα αυξανόμενα αερολύματα ιωδικού οξέως και ο σχηματισμός νεφών-σπόρων θα μπορούσαν, έτσι, να παρέχουν μια προηγουμένως μη-υπολογίσιμη θετική ανάδραση, η οποία επιταχύνει την απώλεια του θαλασσίου πάγου στην Αρκτική», εξηγεί ο Kirkby.