Облака – важнейший элемент климатической системы Земли, играющий ключевую роль в регуляции температуры, баланса тепла и влаги. Традиционно ученые рассматривали облака как результат атмосферных процессов, в которых главную роль играли пыль, морская соль и различные промышленные выбросы. Однако последние научные открытия показывают, что жизнь на планете, в частности растения, морской планктон и леса, оказывает глубокое влияние на формирование облаков. Эти процессы не только влияют на погоду и климатическую систему, но и открывают новые возможности для более точного моделирования изменения климата и разработки климатических стратегий. Франкфуртский атмосферный ученый Мартин Хейнритци, исследуя территорию около Большого Барьерного рифа в Австралии, использовал специализированные самолеты с химическими сенсорами, которые способны «чуять» мельчайшие капли и газы в атмосфере над океаном.
Исследования показали, что морские микроскопические растения – фитопланктон – выделяют газы, которые служат катализаторами для образования облаков. Эти газы, будучи испущенными в атмосферу, взаимодействуют с другими химическими элементами и создают частицы-аэрозоли, вокруг которых конденсируется водяной пар и формируются облачные капли. Таким образом, жизнь в океане напрямую участвует в создании облачного покрова. Важной идеей, выдвинутой еще в 1987 году в рамках гипотезы CLAW, было предположение, что морские водоросли используют солнечный свет для производства сернистого газа, который впоследствии приводит к формированию аэрозолей и облаков. Облака, в свою очередь, отражают солнечную радиацию, охлаждая поверхность океана, что способно создавать естественную обратную связь и поддерживать климат в стабильном состоянии.
Эта биологическая терморегуляция помогает поддерживать баланс температуры на планете. Морские волны постоянно разбиваются, поднимая в атмосферу морскую соль и органические вещества, включая белки, жиры и даже фрагменты ДНК микроорганизмов. Эти компоненты, известные как биогенные ледяные нуклеирующие частицы, играют важную роль в формировании облаков, особенно в процессах образования льда на больших высотах. Они позволяют возникать ледяным кристаллам при температурах выше традиционных -36 градусов по Фаренгейту, что меняет свойства облаков и их климатическое влияние. Ледяные облака отражают меньше солнечной радиации, чем жидкие, что позволяет им по-разному влиять на тепловой баланс Земли.
Исследования на суше также претерпевают настоящий научный ренессанс. Леса выделяют различные газы, в частности монтепреновые соединения, которые вступают в реакцию с кислородом, образуя частицы, способные служить ядрами конденсации водяного пара. Эти процессы приводят к возникновению низкорасположенных облаков над лесными массивами, что влияет на локальный климат и даже может оказывать региональное и глобальное воздействие. Инструменты, используемые учеными, позволяют зафиксировать молекулы, которые до недавнего времени были недоступны для наблюдения, и обратить внимание на значительно более тонкие и хитроумные механизмы образования облаков, чем допускали прежние модели. Изучение изопренов – углеводородов, которые выделяют деревья – показало, что их влияние на облачность выражено на больших высотах.
Частицы, образующиеся из изопренов, способны падать вниз и инициировать образование облаков в тех местах, где их не ожидали. Это принципиально меняет наше понимание того, как леса влияют на атмосферу и климат. Новые лабораторные исследования, в том числе проводимые в знаменитом ЦЕРН, позволяют воспроизводить процессы образования облаков в контролируемых условиях. Там ученые экспериментируют с различными биогенными газами и выясняют, какие из них способны существенно ускорять образование облаков. Например, добавление небольшого количества особого растительного газа может удвоить скорость формирования облаков, проявляя огромное влияние с минимальными концентрациями веществ.
Все эти открытия приводят к пересмотру климатических моделей. Сложные уравнения, описывающие атмосферные процессы, становятся более детальными благодаря учету биологических факторов. Сейчас модели, которые ранее основывались в основном на пыли и загрязнениях, начинают включать влияние биомассы, что повышает точность прогнозов. Однако внедрение этих данных требует значительных вычислительных ресурсов, так как для моделирования микроскопических процессов на глобальном уровне необходима чрезвычайно высокая детализация, сравнимая с качеством цифровых фотографий высокого разрешения. Обнаружение того, как растения и микроорганизмы вероятнее всего формируют облака, открывает новые перспективы для инновационных климатических стратегий.
Например, восстановление лесов, помимо поглощения углекислого газа, увеличивает образование облаков, которые отражают солнечный свет и усиливают охлаждающий эффект. Это дополнительно увеличивает климатическую выгоду от таких экосистемных мероприятий. В сфере климатического моделирования и даже возможных геоинженерных решений новые знания позволяют оценить последствия различных сценариев воздействия на атмосферу. Например, можно изучать потенциальное искусственное увеличение яркости морских облаков или разрежение тепловых облаков с помощью компьютерного моделирования без риска реального вмешательства в природные процессы. Это дает ученым уникальный инструмент для предотвращения опасных последствий и выработки безопасных подходов к изменению климата.
