Исследователи выясняют, как чёрный углерод превращается из гидрофобных частиц в ядра зарождения облаков, в конечном итоге удаляя поглощающие тепло частицы из атмосферы.

В атмосфере Земли плывёт упрямая, поглощающая тепло частица: она изначально не любит воду, поглощает свет и требует времени для видоизменений. Чёрный углерод в атмосфере имеет тенденцию задерживаться, пока, наконец, не впитает достаточно воды, чтобы упасть с неба. Всё это время чёрный углерод поглощает энергию Солнца и нагревает окружающий воздух, создавая радиационный эффект.

Свежий молодой чёрный углерод устойчив к воздействию воды. Со временем частицы стареют и становятся более гигроскопичными или способны поглощать воду из воздуха. Но когда чёрный углерод начинает поглощать воду, действовать как ядра конденсации облаков и удаляться из атмосферы?

Исследователи ранее изучали гигроскопические условия сажи в лаборатории с ограниченными условиями для водяного пара и химических источников. Во всех этих исследованиях значения сажи в облачной нуклеации были результатами косвенных измерений. В новом исследовании Ху и др. (Hu et al.) одновременно измерили концентрацию ядер облачной конденсации и частиц чёрного углерода. Место отбора проб находилось рядом с оживлёнными дорогами и промышленными центрами в Ухане, Китай, городском мегаполисе в центральной части страны.

Сначала они скорректировали размер частиц, затем измерили ядра облачной конденсации и отдельные частицы чёрного углерода при определённых уровнях перенасыщения водой в атмосфере. Было обнаружено, что диаметр активации или размер частицы чёрного углерода, при котором половина частиц будет нуклеировать и выпадать в виде осадков, составлял 144 ± 21 нм при пересыщении 0,2%. Как эти содержащие чёрный углерод частицы могут действовать в качестве зародышей облаков, определяется их размером в сочетании с их покрытием, говорят авторы, и в целом, чем менее насыщен был воздух, тем больше должны быть частицы, способные к нуклеации.

Кроме того, исследователи обнаружили, что сама частица может влиять на размер нуклеации. Например, количество органического вещества в частице или любое покрытие сажевой частицы могут изменить гигроскопичность и, следовательно, активацию.

Исследовательская группа отметила, что их работа может помочь улучшить оценки пребывания взвешенных частиц чёрного углерода в атмосфере и, следовательно, радиационного воздействия, которое эти частицы могут оказывать.

(Первоисточник: Journal of Geophysical Research: Atmospheres, https://doi.org/10.1029/2021JD034649 , 2021 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/how-long-do-black-carbon-particles-linger-in-the-atmosphere