ОБЛАЧНЫЙ эксперимент - CLOUD experiment

Эта статья об эксперименте в ЦЕРНе. Об облаках в метеорологии см. Облако. Для использования в других целях см. Облако (значения).

Cosmics оставляет наружные капли (ОБЛАКО)[1] это эксперимент, проводимый в ЦЕРН группой исследователей во главе с Джаспер Киркби исследовать микрофизика между галактические космические лучи (ГКЛ) и аэрозоли в контролируемых условиях. Эксперимент начал работу в ноябре 2009 года.[2]

Основная цель - понять влияние галактических космических лучей (ГКЛ) на аэрозоли и облака и их влияние на климат. Хотя его конструкция оптимизирована для решения вопроса о космических лучах (как это сформулировано Хенрик Свенсмарк и его коллеги в 1997 г.) CLOUD позволяет также измерять зарождение и рост аэрозолей в контролируемых лабораторных условиях. Атмосферные аэрозоли и их влияние на облака признаны МГЭИК основным источником неопределенности в нынешних моделях радиационного воздействия и климата, поскольку увеличение облачности снижает глобальное потепление.

Настраивать

Ядром эксперимента является камера из нержавеющей стали объемом 26 м³, заполненная синтетическим воздухом, состоящим из жидкого азота и жидкого кислорода. Атмосфера и давление в камере измеряются и регулируются различными приборами. Аэрозольная камера может подвергаться воздействию регулируемого пучка частиц, имитирующего ГКЛ, на разной высоте или широте. УФ-освещение позволяет фотолитический реакция. Камера содержит клетку электрического поля для управления дрейфом мелких ионов и заряженных аэрозолей.[1] Ионизацию, вызванную космическими лучами, можно устранить с помощью сильного электрического поля. Кроме того, влажность и температуру внутри камеры можно регулировать, что обеспечивает быстрое адиабатическое расширение искусственных облаков (ср. камера тумана ) или эксперименты по микрофизике льда. По словам Киркби, «уровень чистоты и контроля в лабораторных экспериментах находится на пределе современных технологий, и ноу-хау CERN сыграли решающую роль в том, чтобы CLOUD стал первым экспериментом, добившимся такой производительности».[3]

Полученные результаты

ЦЕРН опубликовал отчет о ходе реализации проекта CLOUD за 2009 год.[4] Дж. Киркби (2009) рассматривает разработки в проекте CERN CLOUD и запланированные испытания. Он описывает механизмы зарождения облаков, которые кажутся энергетически выгодными и зависят от ГКЛ.[5][6]

24 августа 2011 г. в журнале опубликовано предварительное исследование. Природа показал, что существует связь между космическими лучами и зарождением аэрозолей. Киркби продолжил в окончательном пресс-релизе ЦЕРНа: «Ионное усиление особенно заметно при низких температурах средней тропосферы и выше, где CLOUD обнаружил, что серная кислота и водяной пар могут образовываться без потребности в дополнительных парах.[7]

Первые эксперименты CLOUD показали, что серная кислота (полученная из диоксида серы, для которого ископаемое топливо является преобладающим источником) как таковая имеет гораздо меньший эффект, чем предполагалось. В 2014 году исследователи CLOUD представили новые экспериментальные результаты, показывающие взаимодействие между окисленными биогенными парами (например, альфа-пиненом, испускаемым деревьями) и серной кислотой. Ионы, образующиеся в атмосфере галактическими космическими лучами, значительно увеличивают скорость образования этих частиц, при условии, что концентрация серной кислоты и окисленных органических паров довольно низка. Этот новый процесс может объяснять сезонные колебания атмосферных аэрозольных частиц, которые связаны с более высокими глобальными выбросами деревьев летом в северном полушарии.[3]

Помимо биогенных паров, производимых растениями, существует еще один класс следовых паров, амины Облако показало, что кластеры с серной кислотой производят новые аэрозольные частицы в атмосфере. Они находятся рядом с их первоисточниками, например животноводство, пока альфа-пинен обычно встречается над сушей. Эксперименты показывают, что серная кислота и окисленные органические пары при низких концентрациях воспроизводят подходящие скорости зародышеобразования частиц. Механизм зародышеобразования, используемый в глобальных моделях аэрозолей, дает фотохимически и биологически обусловленный сезонный цикл концентраций частиц и образования облаков, хорошо согласующийся с наблюдениями. ОБЛАЧНОСТЬ, поскольку позволяет объяснить большую долю семян облаков в нижних слоях атмосферы серной кислотой и биогенными аэрозолями.[8] Исследователи CLOUD отмечают, что космические лучи имеют незначительное влияние на образование частиц серной кислоты и амина: «Индуцированный ионами вклад, как правило, невелик, что отражает высокую стабильность кластеров серной кислоты и диметиламина и указывает на то, что галактические космические лучи оказывают лишь небольшое влияние. влияние на их формирование, за исключением низких общих темпов формирования ».[9] Этот результат не подтверждает гипотезу о том, что космические лучи существенно влияют на климат, хотя в пресс-релизе ЦЕРН говорится, что он также не «исключает роль космического излучения» в климате.[10]

Dunne и другие. (2016) представили основные результаты 10-летнего опыта, полученного в эксперименте CLOUD в ЦЕРНе. Они подробно изучили физико-химические механизмы и кинетика образования аэрозолей. В зарождение Процесс образования капель воды / микрокристаллов льда из водяного пара, воспроизведенный в эксперименте CLOUD, а также непосредственно наблюдаемый в атмосфере Земли, включает не только ионы образование из-за космических лучей, но также ряд сложных химических реакций с серная кислота, аммиак и органические соединения, выбрасываемые в воздух в результате деятельности человека и организмов, живущих на суше или в океанах (планктон ).[11] Хотя они наблюдают, что часть ядер облаков эффективно создается ионизацией из-за взаимодействия космических лучей с составляющими атмосферы Земли, этого процесса недостаточно, чтобы приписать все нынешние климатические изменения флуктуациям интенсивности космических лучей, модулируемым изменения солнечной активности и магнитосферы Земли.

Рекомендации

  1. ^ а б Официальный сайт CLOUD
  2. ^ Облачный эксперимент дает беспрецедентное представление об образовании облаков, ЦЕРН
  3. ^ а б «Эксперимент ЦЕРН проливает новый свет на образование облаков | ЦЕРН». home.cern. Дэн Нойес. 16 мая 2014 г.. Получено 2015-12-02.
  4. ^ Отчет о проделанной работе за 2009 год по PS215 / CLOUD Киркби, Джаспер, Сотрудничество CLOUD, ЦЕРН, Женева, Комитет по экспериментам SPS и PS, CERN-SPSC-2010-013, 7 апреля 2010 г.
  5. ^ Космические лучи и климатическое видео Джаспер Киркби, Коллоквиум в ЦЕРН, 4 июня 2009 г.
  6. ^ Космические лучи и презентация климата Джаспер Киркби, Коллоквиум в ЦЕРН, 4 июня 2009 г.
  7. ^ Киркби, Джаспер; Курций, Иоахим; Алмейда, Жуан; Данн, Эймер; Duplissy, Джонатан; Эрхарт, Себастьян; Франчин, Алессандро; Ганье, Стефани; Икес, Луиза; Кюртен, Андреас; Купц, Агнешка; Мецгер, Аксель; Риккобоно, Франческо; Рондо, Линда; Шобесбергер, Зигфрид; Цагкогеоргас, Георгиос; Виммер, Даниэла; Аморим, Антонио; Бьянки, Федерико; Брайтенлехнер, Мартин; Дэвид, Андре; Доммен, Йозеф; Даунард, Эндрю; Эн, Микаэль; Флаган, Ричард С .; Хайдер, Стефан; Гензель, Армин; Хаузер, Даниэль; Джуд, Вернер; Юннинен, Хейкки; Крейсль, Фабиан; Квашин Александр; Лааксонен, Ари; Лехтипало, Катрианна; Лима, Хорхе; Лавджой, Эдвард Р .; Махмутов Владимир; Матот, Серж; Миккиля, Юри; Мингинетт, Пьер; Мого, Сандра; Ниеминен, Туомо; Оннела, Антти; Перейра, Паулу; Петая, Туукка; Шницхофер, Ральф; Сайнфелд, Джон Х .; Сипиля, Микко; Стожков, Юрий; Стратманн, Франк; Томе, Антонио; Ванханен, Йоонас; Виисанен, Юрджо; Вртала, Арон; Wagner, Paul E .; Вальтер, Хансуэли; Вайнгартнер, Эрнест; Векс, Хайке; Винклер, Пол М .; Carslaw, Kenneth S .; Worsnop, Douglas R .; Baltensperger, Urs; Кульмала, Маркку (25 августа 2011 г.). «Роль серной кислоты, аммиака и галактических космических лучей в зародышеобразовании атмосферного аэрозоля» (PDF). Природа. 476 (7361): 429–433. Bibcode:2011Натура.476..429K. Дои:10.1038 / природа10343. ISSN  0028-0836. PMID  21866156.
  8. ^ Риккобоно, Франческо; Шобесбергер, Зигфрид; Скотт, Кэтрин Е .; Доммен, Йозеф; Ортега, Исмаэль К .; Рондо, Линда; Алмейда, Жуан; Аморим, Антонио; Бьянки, Федерико (16 мая 2014 г.). «Продукты окисления биогенных выбросов способствуют зарождению атмосферных частиц». Наука. 344 (6185): 717–721. Bibcode:2014Наука ... 344..717R. Дои:10.1126 / science.1243527. ISSN  0036-8075. PMID  24833386.
  9. ^ Алмейда и др. (2013) Молекулярное понимание зародышеобразования серной кислоты и аминных частиц в атмосфере. Nature, 502: 359-363. В http://www.readcube.com/articles/10.1038/nature12663
  10. ^ «Эксперимент CERN CLOUD проливает новый свет на изменение климата».
  11. ^ Dunne, E.M .; Gordon, H .; Kurten, A .; Almeida, J .; Duplissy, J .; Williamson, C .; Ортега, И. К .; Pringle, K.J .; Адамов, А .; Baltensperger, U .; Barmet, P .; Benduhn, F .; Bianchi, F .; Breitenlechner, M .; Кларк, А .; Curtius, J .; Dommen, J .; Донахью, Н. М .; Ehrhart, S .; Flagan, R.C .; Франчин, А .; Guida, R .; Hakala, J .; Hansel, A .; Heinritzi, M .; Йокинен, Т .; Kangasluoma, J .; Киркби, Дж .; Кульмала, М .; Kupc, A .; Лоулер, М. Дж .; Lehtipalo, K .; Махмутов, В .; Mann, G .; Mathot, S .; Merikanto, J .; Miettinen, P .; Nenes, A .; Оннела, А .; Rap, A .; Реддингтон, К. Л. С .; Riccobono, F .; Richards, N.A.D .; Rissanen, M. P .; Rondo, L .; Sarnela, N .; Schobesberger, S .; Sengupta, K .; Саймон, М .; Sipila, M .; Smith, J. N .; Стозхов, Ю .; Tome, A .; Trostl, J .; Wagner, P.E .; Wimmer, D .; Winkler, P.M .; Worsnop, D. R .; Карслав, К.С. (02.12.2016). «Глобальное образование атмосферных частиц по измерениям CERN CLOUD» (PDF). Наука. 354 (6316): 1119–1124. Bibcode:2016Научный ... 354.1119D. Дои:10.1126 / science.aaf2649. ISSN  0036-8075. PMID  27789796.

внешняя ссылка