Klimatická komora, v níž se vytvářejí a zkoumají podmínky vzniku oblačnosti. (Kredit: European Organization for Nuclear Research, CERN)

Odborné formulace o novém formování částic (NPF) nám laikům toho moc neřeknou  a nejspíš bychom to přešli bez povšimnutí. Byla by to chyba, protože to, co mluví do oblačnosti, je také význačným hráčem na poli energetické bilance Země. A v tomto případě jde o něco, co má být zdrojem více než poloviny všech kondenzačních jader v atmosféře. Což převedeno do lidové mluvy by mohlo znít: Ti, co dosud prognózovali naše budoucí klima, nejspíš neměli ani z poloviny páru o tom, jak se pára v oblacích chová a tak je asi čeká dost vysvětlování.

O co jde?

Mezinárodnímu týmu se ve Švýcarsku podařilo zjistit, že ve vysokých nadmořských výškách k formování kondenzačních jader dochází zejména díky molekulám HOM (přirozených a bohatých na kyslík), na nichž se nepodílí kyselina sírová ani amoniak. Tvorba neutrálních jader probíhá 10 krát rychleji. Časově je tento děj omezen na okno jednoho až dvou dnů po styku vzdušných mas s planetární mezní vrstvou. To je doba potřebná k oxidaci organických sloučenin, které molekuly HOM tvoří.

Jeden z oxidů jódu (pentooxid). V pobřežních oblastech jsou oxidy jódu spolu s kyselinou sírovou,  považovány za podmínky tvorby kondenzačních jader. Jak se ale v pokusné továrničce na mraky nyní ukázalo, jde to bez síry i jódu. (Kredit: Ben Mills, volné dílo)

Nyní se odborné formulace pokusíme rozklíčovat

Za největší zdroj částicových jader v atmosféře, kolem kterých se tvoří to, co se nám ze země jeví jako oblačnost, je považováno znečištěné ovzduší. Většinou se tím mají na mysli molekuly kyseliny sírové a další látky vznikající spalováním fosilních paliv. Přírodní zdroje kondenzačních jader a jejich účast na vzniku oblaků a vliv na klima, byly dosud považovány za podřadné.

Nově zveřejněná studie ale ukazuje na něco jiného. Že totiž kombinace kosmického záření a plynů, které jsou produkty rostlin, kondenzační jádra vytváří také. Na zataženou oblohu tedy nemá vliv jen znečištění, jehož původcem je člověk. Vědci, toto do velké míry překvapivé zjištění, učinili díky komoře v níž simulovali  děje ve výšce 3500 metrů. 
Dnes, kdy je v průmyslových oblastech kondenzačních jader v ovzduší habaděj, tento poznatek pro předpovědi počasí valný význam nemá, nicméně v dobách předešlých, měl poznaný proces na tvorbu oblačnosti dopad zcela zásadní. A právě v tom je ten zakopaný pes. Počítačové modely, podle nichž klimatologové vyrábí své vize dalekého budoucna, vycházejí se ze stavu, jaký panoval před industrializací. Velká váha se dává změnám, k nimž došlo až následkem spalování uhlí, ropy a zemního plynu, spolu s růstem skleníkových plynů v ovzduší. Z toho se pak předvídá, jaké nám to v budoucnu přivodí oteplení. Důležitým faktorem v těchto prognózách je účinek oblačnosti. Ty totiž povrch země  ochlazují, protože odrážejí energii slunečního záření zpět do vesmíru.

Z alfa-pinenu Švýcaři udělali význačného hráče formování oblačnosti. Látka, hojně produkovaná rostlinstvem, do vývoje klimatu mocně promlouvá. (Kredit: Ben Mills, volné dílo)

I když dnes nikdo neví, jak zataženo za starých časů bývalo, klimatologové v dobré víře předpokládali, že když nebylo znečištění, že také muselo být méně oblačnosti. A s tím jejich modely pracují. Jenže právě to nový poznatek zbořil. Zcela tak změnil jeden ze základních předpokladů, na němž jsou předpovědi postaveny. Nový objev totiž dokazuje přirozenou masivní tvorbu mraků. Jinak řečeno, že kdysi dávno byla oblačnost mnohem vyšší, než jakou modely berou v potaz.

Názor na vliv erosolů na tvorbu malých částic vody a ledu, se tím, pochopitelně, nezměnil. Produkty antropogenní činnosti jsou dál ve hře. To, co se mění, je dosavadní představa, že ionty ve formování jader v atmosféře hrají jen podružnou roli. Ionty, za něž vděčíme záření z kosmu, zvyšují rychlost nukleace o jeden až dva řády ve srovnání s nukleacemi neutrálními. Radiací navozené nukleace čistých organických částic představují rozšířený zdroj aerosolu i tam, kde elektrárny a hutě vzduch sírou a kyselinou nezaneřáďují. Naše matička Země nemá dokonce problém tvořit oblačnost i tam, kde na jejím vzniku nemohou participovat oxidy jódu, jako tomu je v pobřežních oblastech. Dokonce ani když klesne průmyslové znečištění.  Borovicové, nebo eukalyptové háje to zastanou také a nemusí je nikdo ani spalovat. Uhelná elektrárna s vlivem na oblačnost si tak paradoxně nezadá ani s lánem rozmarýnu.

K bohatým producentům alfa-pinenu patří kromě jehličnanů i keřovité rostliny, jakou je třeba rozmarýn (Rosmarinus officinalis). (Kredit: Petar43, Wikipedia, CC BY-SA 3.0)

Mnohé z kondenzačních jader se vytvářejí  až na místě ve vyšších vrstvách troposféry. Z Bianchiho  zprávy vyplývá, že zhruba polovina částic se tvoří nově a to kondenzací vysoce kyslíkatých multifunkčních sloučenin (ne z kyselin ani jódu). Úlohu v tom hraje ale ještě něco. Ne každý ale má k dispozici v průměru třímetrovou mlžnou komoru z nerezové oceli v níž lze sledovat kondenzaci par v závislosti na teplotě, vlhkosti, přítomnosti různých částeček a aerosolů a kde jde pomocí regulace tlaku imitovat podmínky různé nadmořské výšky. Tím hlavním, co nový poznatek umožnilo, byla možnost hrátek s ionty a simulace vlivu záření přilétajícího z kosmu na chemické a fyzikální děje v atmosféře. Ty ve Švýcarsku docilovali elektrickým polem a paprskem z protonového synchrotronu díky spolupráci s  CERNem.

Pineny spíš známe jako terpentýn, jehož jsou hlavní součástí. Není divu, získává se destilací pryskyřice a většinou z borovic.

Nový poznatek asi těžko někdo hned tak zpochybní

Možná je čas vzít na vědomí, že aerosolové částice, které se stávají kondenzačními jádry a jsou základem vznikající oblačnosti, jsou z vysoce oxidovaných biogenních par a že se za běžných atmosférických podmínek tvoří i v nepřítomnosti kyseliny sírové. Budeme o nich slýchat jako o HOMs, molekulách vznikajících ozonolýzou alfa-pinenu, což je organická sloučenina (uhlovodík, který jako alken obsahuje reaktivní čtyřčlenný kruh). Nám laikům spíš než pinen bude bližší pojem  terpentýn, který se získává destilací pryskyřice a to především z borovic. Právě pineny jsou hlavní součástí terpentýnového oleje. Ale nemusíme být  lesáky nebo malíři, abychom s nimi měli co do činění.  Své o nich ví i naše kuchařky. Třeba když s nimi kouzlí na našich chuťových pohárcích kuřecími prsíčky na rozmarýnu.

Frederico Bianchi, chemik a expert na smog pracující v Laboratory of Atmospheric Chemistry, Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland. Je prvním autorem studie, která klimatickým prognostikům mnohé jejich předpovědi poněkud znevážila.

Zatímco klastry molekul kyseliny sírové v atmosféře stabilizují aminy, nebo amoniak, u čistých biogenních částic (pinanů) tuto funkci vykonávají ionty. To je mechanismus, který zatím nebyl znám a s jehož přičiněním příroda produkuje aerosoly a tím i částice kondenzačních jader ve velkém a bez lidského přičinění. Podle mnohých odborníků existence takových aerosolů v nedotčené předindustriální atmosféře vrhá zcela jiné světlo na situaci před průmyslovou revolucí. Protože už tehdy muselo být více mraků, než jsme si mysleli, a ty zvyšovaly albedo (odrazivost), povrch země se tak moc neohříval. To ale ve výsledných kalkulacích snižuje dopad průmyslové revoluce a konec konců i vliv nás lidí na klima.

S novým poznatkem se ještě před jeho zveřejněním, měla možnost seznámit Kate Marvelová z NASA. Podle ní jde o zásadní poznatek, kterým se podařilo lépe porozumět tvorbě oblačnosti. Současné klimatologické modely mohou být podle Marvelové zatíženy mnoha podobnými nedostatky, pramenícími z neznalostí a proto nabádá klimatology, aby při výrobě svých oteplovacích prognóz, byli velmi opatrní. Míra nejistot je až příliš veliká. Je téměř jisté, že prognózy globálního oteplování se zase budou muset o něco ponížit. Také proto, že modely při předpovědi budoucího oteplování nebraly v úvahu, že vegetace si bude sama vytvaret oblačnost a tím klima ochladi. I proto jsou odhady budouciho otepleni nadhodnocené. A také, že tento druh oblačnosti je zesilován kosmickým zářením, které ovšem závisí na slunečni aktivitě. Tudíž modely podcenily vliv Slunce v předindustriální éře. Zkrátka, modely vliv přírody podceňují a člověka přeceňují.

Literatura
Bianchi, F. Et al.: New particle formation in the free troposphere: A question of chemistry and timing.Science  27 May 2016, DOI: 10.1126/science.aad5456

PSI, Paul Scherrer Institut  https://www.psi.ch/lac/instruments-and-toolsJasper

Kirkby et al.: Ion-induced nucleation of pure biogenic particles, Nature (2016). DOI: 10.1038/nature17953

Jasmin Tröstl et al.: The role of low-volatility organic compounds in initial particle growth in the atmosphere, Nature (2016). DOI: 10.1038/nature18271