На границе между морским льдом и открытой водой в Арктике учёные обнаружили интенсивный процесс образования мельчайших атмосферных частиц, которые могут становиться основой для облачных капель. Исследование показывает, что зона таяния льда сама способна заметно влиять на состав атмосферы — причём механизм оказался сложнее, чем считалось раньше.
Учёные изучали так называемое новообразование аэрозольных частиц — процесс, при котором из газообразных веществ в атмосфере возникают частицы размером всего в несколько нанометров. Если они достаточно вырастают, то становятся ядрами конденсации облаков: водяной пар может конденсироваться на их поверхности, формируя облачные капли.
Именно вблизи кромки льда исследователи обнаружили особенно активное образование таких частиц. В отдельных случаях их концентрация увеличивалась примерно с 50 до 1500 частиц на кубический сантиметр воздуха всего за два дня — почти в 30 раз.
Главную роль в процессе играют соединения йода и серы. Морские организмы, включая водоросли, выделяют серосодержащие газы, а морская вода, лёд и прилегающая береговая зона являются источниками соединений йода. Под действием солнечного света эти вещества превращаются в химически активные кислоты. Исследователи обнаружили в атмосфере кластеры, содержащие одновременно йодсодержащие и серные соединения, и связали их появление с образованием новых частиц.
Однако для превращения крошечных частиц в полноценные «заготовки» облачных капель необходим следующий этап — их рост. Здесь существенную роль играют органические вещества, поступающие с поверхности океана и из зоны контакта льда и открытой воды. Учёные идентифицировали 591 органическое соединение, участвующее в росте частиц. Некоторые из них содержали йод; вклад этой ранее не описанной группы оценили в 7–23% роста частиц.
За 13 дней наблюдений, когда происходило интенсивное новообразование частиц, в 8 случаях они выросли более чем до 20 нанометров. В наиболее активные периоды частицы продолжали увеличиваться и достигали размеров около 100 нанометров.
Для Арктики это особенно важно: летом атмосфера над удалёнными районами региона содержит относительно мало пыли и других аэрозолей, которые в других частях планеты служат основой для образования облаков. Поэтому локальные источники частиц — в том числе процессы на границе морского льда и океана — могут иметь заметное значение.
При этом учёные пока не могут определить, как именно обнаруженный механизм влияет на климат. Облака способны одновременно охлаждать и нагревать поверхность: они отражают часть солнечного излучения, но также препятствуют уходу теплового излучения Земли в космос. Эффект зависит от высоты облаков, их состава, времени года и состояния поверхности под ними.
Авторы отмечают, что существующие климатические модели пока не учитывают обнаруженную цепочку химических процессов в полном объёме. Особенно важно понять, насколько широко она распространена в Арктике и как изменение площади морского льда будет влиять на её интенсивность. Само сокращение ледяного покрова увеличивает площадь зоны контакта открытой воды и льда, где и наблюдались наиболее активные процессы.
Таким образом, речь идёт не о том, что тающий лёд непосредственно «создаёт облака», а о более тонкой связи: изменение ледяного покрова меняет условия для химических реакций и биологических процессов, которые определяют количество частиц — потенциальных ядер конденсации — в арктической атмосфере.
