Τα δέντρα απελευθερώνουν ισοπρένιο, το οποίο δημιουργεί τα σύννεφα

Νέα πρωτοποριακή έρευνα, με επικεφαλής την ομάδα CLOUD στο CERN, στην οποία συμμετέχουν ερευνητές από το Κέντρο Αριστείας για την Κλιματική και Ατμοσφαιρική Έρευνα (CARE-C) του Ινστιτούτου Κύπρου, ανακάλυψε ότι το ισοπρένιο, μια χημική ένωση που απελευθερώνεται από τα δέντρα, συναντάται σε αναπάντεχα υψηλά επίπεδα στην ανώτερη τροπική τροπόσφαιρα. Συγκεκριμένα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το ισοπρένιο συμβάλλει σημαντικά στο σχηματισμό νέων σωματιδίων, τα οποία με τη σειρά τους οδηγούν στο σχηματισμό νεφών, και μπορεί να δράσει ως μετριαστικός παράγοντας κατά της κλιματικής αλλαγής. Τα αποτελέσματα της έρευνας, που δημοσιεύονται αυτή την εβδομάδα στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό Nature, υποδηλώνουν ότι φυσικές πηγές, όπως τα δάση, μπορεί να συνέβαλαν σημαντικά στο σχηματισμό νεφών στο παρελθόν και μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε την ευαισθησία του κλίματος και τη μελλοντική αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό σημαίνει ότι καθώς μειώνουμε την ατμοσφαιρική ρύπανση, το φυσικό περιβάλλον θα μπορούσε να συμβάλει στην αντιστάθμιση ορισμένων από τις επιπτώσεις της αύξησης της θερμοκρασίας που επιφέρει η κλιματική αλλαγή, υπογραμμίζοντας τη σημασία του φυσικού περιβάλλοντος στην αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης.

Πρωτοποριακή έρευνα για το ζωτικό ρόλο του ισοπρένιου, που απελευθερώνεται από τα δέντρα, στην καταπολέμηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη

Τα τελευταία 20 χρόνια, οι μετρήσεις με εναέρια μέσα έχουν ανιχνεύσει εκτεταμένο σχηματισμό νέων σωματιδίων στην ανώτερη τροπική τροπόσφαιρα πάνω από τον Αμαζόνιο, καθώς και πάνω από τον Ατλαντικό και τον Ειρηνικό Ωκεανό. Ωστόσο, η προέλευση αυτών των σωματιδίων παρέμενε μέχρι στιγμής άγνωστη. Πρόσφατες δορυφορικές παρατηρήσεις σε αυτή  την περιοχή, όμως, αποκάλυψαν ότι τα επίπεδα του ισοπρένιου στην τροπική ανώτερη τροπόσφαιρα είναι σημαντικά υψηλότερα από ό,τι θεωρούνταν προηγουμένως.

Το ισοπρένιο, το οποίο απελευθερώνεται από τα δέντρα, είναι ο πιο άφθονος υδρογονάνθρακας που εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα εκτός του μεθανίου (0,5 δισεκατομμύρια τόνοι ετησίως), αλλά μέχρι τώρα πιστευόταν ότι δεν μπορούσε σχηματίσει νέα σωματίδια. Στα πειράματα που διεξήγαγε η ομάδα CLOUD, διερευνήθηκε ο σχηματισμός νέων σωματιδίων από την οξείδωση του ισοπρενίου σε θερμοκρασίες της ανώτερης τροπόσφαιρας στους -30 °C και -50 °C. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι το ισοπρένιο προκαλεί εκτεταμένο σχηματισμό νέων σωματιδίων σε τεράστιες περιοχές της τροπικής ανώτερης τροπόσφαιρας. Όταν τα σωματίδια κατέλθουν σε χαμηλότερα υψόμετρα, παρέχουν μια σημαντική πηγή σχηματισμού νεφών παγκοσμίως, η οποία επηρεάζει έντονα το ισοζύγιο ακτινοβολίας της Γης.

Επομένως, το ισοπρένιο που εκκρίνεται από τα δάση, μέσα από την παραγωγή πυρήνων συμπύκνωσης νεφών στην προ-βιομηχανική ατμόσφαιρα, θα μπορούσε να έχει συμβάλει σημαντικά στο σχηματισμό νεφών στο παρελθόν, γεγονός που θα μπορούσε να μειώσει τις εκτιμήσεις για την ευαισθησία του κλίματος της Γης στην αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό σημαίνει επίσης ότι, καθώς η ατμοσφαιρική ρύπανση μειώνεται με μέτρα ελέγχου των εκπομπών ρύπων, το φυσικό περιβάλλον μπορεί να είναι σε θέση να λειτουργήσει ως ρυθμιστικό παράγοντας και να συμβάλει στην αντιστάθμιση ορισμένων από τις επιπτώσεις της αύξησης της θερμοκρασίας στο μέλλον.

Ο αναπληρωτής καθηγητής Θεόδωρος Χριστούδιας του Ινστιτούτου Κύπρου, σημείωσε: “Η ανακάλυψη αυτή αναθεωρεί την κατανόησή μας για τις φυσικές κλιματικές διεργασίες. Με την αποκάλυψη ότι το ισοπρένιο που απελευθερώνεται από τα δάση είναι ικανό να σχηματίζει σωματίδια που δημιουργούν σύννεφα, βλέπουμε μια οδό μέσω της οποίας η ίδια η φύση έχει ιστορικά επηρεάσει το κλίμα της Γης.

Σε μια εποχή που η μείωση των εκπομπών είναι ζωτικής σημασίας για την αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης, η κατανόηση του θεμελιώδους ρόλου των δασών και του φυσικού περιβάλλοντος μας βοηθά να βελτιώσουμε τις προβλέψεις των μοντέλων, φανερώνοντας έναν φυσικό μηχανισμό που δεν ήταν πλήρως κατανοητός μέχρι τώρα».

Το πείραμα CLOUD στο CERN επιτρέπει τη μέτρηση της δημιουργίας σωματιδίων και της ανάπτυξης αερολυμάτων υπό την επίδραση κοσμικών ακτίνων. Τα ατμοσφαιρικά αερολύματα και η επίδρασή τους στα σύννεφα θεωρούνται από την IPCC ως η κύρια αβεβαιότητα στα κλιματικά μοντέλα. Το Ινστιτούτο Κύπρου συμμετέχει στο πείραμα CLOUD μέσω του Κέντρου Αριστείας για την Κλιματική και Ατμοσφαιρική Έρευνα  (CARE-C) με τη μοντελοποίηση της ατμόσφαιρας, του κλίματος και της ποιότητας του αέρα , καθώς και με συγκρίσεις των δεδομένων του CLOUD με εκείνα που λαμβάνονται σε εκστρατείες στο πεδίο, π.χ. στις τροπικές περιοχές, στις θαλάσσιες και αστικές περιοχές.

Βίντεο για τη σημασία αυτής της έρευνας:  https://youtu.be/gFcHcUjxRc0

Cyprus Institute Researchers Participate in Groundbreaking Research Highlighting Crucial Role Of Isoprene, Released by Trees, in The Fight Against Global Warming

New ground-breaking research, led by the CLOUD team at CERN, which includes researchers from the Climate and Atmosphere Research Center (CARE-C) of The Cyprus Institute, has discovered that isoprene, a compound released by trees, is found in surprisingly high levels in the tropical upper troposphere. Notably, researchers have found that isoprene significantly contributes to new particle formation, which in turn leads to cloud formation, and can act as mitigator against climate change. The research findings, published in the prestigious journal Nature, suggest that natural sources, like forests, might have contributed significantly to cloud formations in the past and could change how we understand climate sensitivity and future warming.  This means that as we reduce air pollution, the natural environment might help offset some of the warming effects brought about by climate change, underlining the importance of the natural environment in addressing the climate crisis.

Over the past 20 years, aircraft observations have detected extensive new particle formation in the tropical upper troposphere above the Amazon, as well as over the Atlantic and Pacific Oceans. However, the origin of these particles has so far remained unknown. Recent satellite observations over this area, though, have revealed that the levels of isoprene in the tropical upper troposphere are significantly higher than previously thought.

Isoprene, which is released by trees, is the most abundant non-methane hydrocarbon emitted into the atmosphere (0.5 billion tonnes per year) but is currently believed to be unable to form new particles. In the new experiments conducted by the CLOUD team, new particle formation from the oxidation of isoprene at upper tropospheric temperatures of −30 °C and −50 °C was explored. The results revealed that isoprene is triggering extensive new particle formation over vast regions of the tropical upper troposphere. When the particles descent to lower altitudes, they provide an important source of cloud formation world-wide, which strongly influences the Earth’s radiative balance. 

Therefore, isoprene released by forests, through their contribution to producing cloud condensation nuclei in the pre-industrial atmosphere, might have contributed significantly to cloud formation in the past, which could reduce estimates of Earth’s climate sensitivity and, in turn, projections of warming later this century. It also implies that as air pollution is reduced through emission control measures, the natural environment might be able to act as a buffer and help offset some of the warming effects later this century.

Associate Professor Theodoros Christoudias of The Cyprus Institute, noted: “This discovery reshapes our understanding of natural climate processes. By revealing that isoprene released from forests is capable of forming cloud-seeding particles, we see a pathway through which nature itself has historically influenced the Earth’s climate. At a time when reducing emissions is critical in tackling the climate crisis, understanding the profound role of forests and the natural environment helps us refine model predictions, by illuminating a natural mechanism that wasn’t fully understood until now.”

The CLOUD Experiment at CERN allows for measuring aerosol nucleation and growth under cosmic rays. Atmospheric aerosols and their effect on clouds are recognised by the IPCC as the main uncertainty in climate models. The Cyprus Institute participates in the CLOUD experiment via its Climate and Atmosphere Research Center (CARE-C) by performing atmospheric, climate, and air quality modelling with global and regional models, and comparing CLOUD data with those obtained in field campaigns over land, e.g. the tropics, marine and urban regions.

Press Release on CERN website: https://home.cern/news/press-release/physics/cloud-experiment-resolves-puzzle-new-aerosol-particles-upper-troposphere 

CERN Animation of new particle formation from isoprene in the upper troposphere from CLOUD experiments: https://videos.cern.ch/record/2301068