CLOUD experiment - CLOUD experiment

Tento článek je o experimentu CERN. Mraky v meteorologii viz Mrak. Pro další použití viz Cloud (disambiguation).

Kosmetika opouštějící venkovní kapky (MRAK)[1] je experiment prováděný na CERN skupinou výzkumníků pod vedením Jasper Kirkby vyšetřovat mikrofyzika mezi galaktické kosmické paprsky (GCR) a aerosoly za kontrolovaných podmínek. Experiment začal fungovat v listopadu 2009.[2]

Primárním cílem je pochopit vliv galaktických kosmických paprsků (GCR) na aerosoly a mraky a jejich důsledky pro klima. Ačkoli je jeho design optimalizován tak, aby řešil otázku kosmického záření, (jak uvádí Henrik Svensmark a kolegové v roce 1997) CLOUD umožňuje také měřit nukleaci a růst aerosolu za kontrolovaných laboratorních podmínek. Atmosférické aerosoly a jejich vliv na mraky jsou IPCC uznávány jako hlavní zdroj nejistoty v současných radiačních silách a klimatických modelech, protože nárůst oblačnosti snižuje globální oteplování.

Založit

Jádrem experimentu je komora z nerezové oceli o objemu 26 m3 naplněná syntetickým vzduchem vyrobeným z kapalného dusíku a kapalného kyslíku. Atmosféra a tlak v komoře se měří a regulují různými přístroji. Aerosolovou komoru lze vystavit nastavitelnému paprsku částic simulujícímu GCR v různých nadmořských výškách nebo zeměpisných šířkách. UV osvětlení umožňuje fotolytický reakce. Komora obsahuje klec elektrického pole pro řízení driftu malých iontů a nabitých aerosolů.[1] Ionizaci produkovanou kosmickými paprsky lze odstranit silným elektrickým polem. Kromě toho lze regulovat vlhkost a teplotu uvnitř komory, což umožňuje rychlou adiabatickou expanzi pro umělé mraky (srov oblačná komora ) nebo experimenty na ledové mikrofyzice. Podle Kirkbyho „je úroveň čistoty a kontroly v laboratorním experimentu na hranici současné technologie a know-how CERNu bylo klíčové pro CLOUD jako první experiment k dosažení tohoto výkonu.“[3]

Výsledek

CERN zveřejnil zprávu o pokroku projektu CLOUD za rok 2009.[4] J. Kirkby (2009) hodnotí vývoj v projektu CERN CLOUD a plánované testy. Popisuje cloudové nukleační mechanismy, které se zdají být energeticky výhodné a závislé na GCR.[5][6]

Dne 24. srpna 2011 byl v časopise zveřejněn předběžný výzkum Příroda ukázal, že existuje spojení mezi Kosmickými paprsky a aerosolovou nukleací. Kirkby dále uvedl v definitivní tiskové zprávě CERN „Vylepšení iontů je zvláště výrazné při nízkých teplotách střední troposféry a výše, kde CLOUD zjistil, že kyselina sírová a vodní pára mohou nukleaovat bez nutnosti dalších par.[7]

První experimenty CLOUD ukázaly, že kyselina sírová (odvozená od oxidu siřičitého, pro kterou jsou fosilními palivy hlavním zdrojem) jako taková má mnohem menší účinek, než se předpokládalo. V roce 2014 představili vědci CLOUD novější experimentální výsledky ukazující interakci mezi oxidovanými biogenními parami (např. Alfa-pinen emitovaný stromy) a kyselinou sírovou. Iony produkované v atmosféře galaktickými kosmickými paprsky významně zvyšují rychlost tvorby těchto částic za předpokladu, že koncentrace kyseliny sírové a oxidovaných organických par jsou poměrně nízké. Tento nový proces může vysvětlovat sezónní výkyvy v atmosférických aerosolových částicích, které souvisejí s vyššími globálními emisemi stromů v létě na severní polokouli.[3]

Kromě biogenních výparů produkovaných rostlinami existuje další třída stopových výparů, aminy CLOUD prokázal, že se shlukuje s kyselinou sírovou a vytváří nové aerosolové částice v atmosféře. Ty se nacházejí poblíž jejich primárních zdrojů, např. chov zvířat, zatímco alfa-pinen se obvykle nachází na pevninách. Pokusy ukazují, že kyselina sírová a oxidované organické páry při nízkých koncentracích reprodukují vhodné rychlosti nukleace částic. Nukleační mechanismus používaný na globálních aerosolových modelech poskytuje fotochemicky a biologicky řízený sezónní cyklus koncentrací částic a tvorby mraků v dobré shodě s pozorováním. CLOUD umožňuje vysvětlit velkou část oblačných semen v nižší atmosféře zahrnujících kyselinu sírovou a biogenní aerosoly.[8] Výzkumníci CLOUD poznamenávají, že kosmické záření má malý vliv na tvorbu částic kyseliny sírové – aminu: „Iontem indukovaný příspěvek je obecně malý, což odráží vysokou stabilitu shluků kyselina sírová – dimethylamin a naznačuje, že galaktické kosmické záření působí jen malý vliv na jejich formování, s výjimkou nízké celkové rychlosti formování. “[9] Tento výsledek nepodporuje hypotézu, že kosmické záření významně ovlivňuje podnebí, ačkoli tisková zpráva CERN uvádí, že ani „nevylučuje roli kosmického záření“ v podnebí.[10]

Dunne et al. (2016) představili hlavní výsledky 10 let výsledků získaných v experimentu CLOUD provedeném v CERNu. Podrobně studovali fyzikálně-chemické mechanismy a kinetika tvorby aerosolů. The nukleace proces kapiček vody / ledových mikrokrystalů z vodní páry reprodukovaných v experimentu CLOUD a také přímo pozorovaných v atmosféře Země nezahrnuje pouze ionty tvorba v důsledku kosmického záření, ale také řada komplexních chemických reakcí s kyselina sírová, amoniak a organické sloučeniny emitované do ovzduší lidskou činností a organismy žijícími na zemi nebo v oceánech (plankton ).[11] I když pozorují, že zlomek oblačných jader je účinně produkován ionizací v důsledku interakce kosmických paprsků se složkami zemské atmosféry, tento proces nestačí k tomu, aby všechny současné klimatické modifikace připisoval fluktuacím intenzity kosmického záření modulovaného změny sluneční aktivity a magnetosféry Země.

Reference

  1. ^ A b CLOUD oficiální webové stránky
  2. ^ Experiment CLOUD poskytuje nebývalý pohled na tvorbu mraků, CERN
  3. ^ A b „Experiment CERN vrhá nové světlo na tvorbu mraků | CERN“. home.cern. Dan Noyes. 16. května 2014. Citováno 2015-12-02.
  4. ^ Zpráva o pokroku PS215 / CLOUD za rok 2009 Kirkby, Jasper, The CLOUD Collaboration, CERN, Ženeva, Výbor pro experimenty SPS a PS, CERN-SPSC-2010-013, 7. dubna 2010
  5. ^ Kosmické paprsky a video o podnebí Jasper Kirkby, kolokvium CERN, 4. června 2009
  6. ^ Kosmické paprsky a prezentace klimatu Jasper Kirkby, kolokvium CERN, 4. června 2009
  7. ^ Kirkby, Jasper; Curtius, Joachim; Almeida, João; Dunne, Eimear; Duplissy, Jonathan; Ehrhart, Sebastian; Franchin, Alessandro; Gagné, Stéphanie; Ickes, Luisa; Kürten, Andreas; Kupc, Agnieszka; Metzger, Axel; Riccobono, Francesco; Rondo, Linda; Schobesberger, Siegfried; Tsagkogeorgas, Georgios; Wimmer, Daniela; Amorim, Antonio; Bianchi, Federico; Breitenlechner, Martin; David, André; Dommen, Josef; Downard, Andrew; Ehn, Mikael; Flagan, Richard C .; Haider, Stefan; Hansel, Armin; Hauser, Daniel; Jud, Werner; Junninen, Heikki; Kreissl, Fabian; Kvashin, Alexander; Laaksonen, Ari; Lehtipalo, Katrianne; Lima, Jorge; Lovejoy, Edward R .; Machmutov, Vladimír; Mathot, Serge; Mikkilä, Jyri; Minginette, Pierre; Mogo, Sandra; Nieminen, Tuomo; Onnela, Antti; Pereira, Paulo; Petäjä, Tuukka; Schnitzhofer, Ralf; Seinfeld, John H .; Sipilä, Mikko; Stožkov, Jurij; Stratmann, Frank; Tomé, Antonio; Vanhanen, Joonas; Viisanen, Yrjo; Vrtala, Aron; Wagner, Paul E .; Walther, Hansueli; Weingartner, Ernest; Wex, Heike; Winkler, Paul M .; Carslaw, Kenneth S .; Worsnop, Douglas R .; Baltensperger, Urs; Kulmala, Markku (2011-08-25). "Role kyseliny sírové, amoniaku a galaktických kosmických paprsků v atmosférickém aerosolovém nukleaci" (PDF). Příroda. 476 (7361): 429–433. Bibcode:2011Natur.476..429K. doi:10.1038 / příroda10343. ISSN  0028-0836. PMID  21866156.
  8. ^ Riccobono, Francesco; Schobesberger, Siegfried; Scott, Catherine E .; Dommen, Josef; Ortega, Ismael K .; Rondo, Linda; Almeida, João; Amorim, Antonio; Bianchi, Federico (2014-05-16). „Oxidační produkty biogenních emisí přispívají k tvorbě jader atmosférických částic“. Věda. 344 (6185): 717–721. Bibcode:2014Sci ... 344..717R. doi:10.1126 / science.1243527. ISSN  0036-8075. PMID  24833386.
  9. ^ Almeida a kol. (2013) Molekulární porozumění nukleaci částic kyseliny sírové – aminu v atmosféře. Nature, 502: 359-363. Na http://www.readcube.com/articles/10.1038/nature12663
  10. ^ „Experiment CERNu CLOUD vrhá nové světlo na změnu klimatu“.
  11. ^ Dunne, E. M .; Gordon, H .; Kurten, A .; Almeida, J .; Duplissy, J .; Williamson, C .; Ortega, I. K .; Pringle, K. J .; Adamov, A .; Baltensperger, U .; Barmet, P .; Benduhn, F .; Bianchi, F .; Breitenlechner, M .; Clarke, A .; Curtius, J .; Dommen, J .; Donahue, N. M .; Ehrhart, S .; Flagan, R. C .; Franchin, A .; Guida, R .; Hakala, J .; Hansel, A .; Heinritzi, M .; Jokinen, T .; Kangasluoma, J .; Kirkby, J .; Kulmala, M .; Kupc, A .; Lawler, M. J .; Lehtipalo, K .; Machmutov, V .; Mann, G .; Mathot, S .; Merikanto, J .; Miettinen, P .; Nenes, A .; Onnela, A .; Rap, A .; Reddington, C. L. S .; Riccobono, F .; Richards, N. A. D .; Rissanen, M. P .; Rondo, L .; Sarnela, N .; Schobesberger, S .; Sengupta, K .; Simon, M .; Sipila, M .; Smith, J. N .; Stozkhov, Y .; Tome, A .; Trostl, J .; Wagner, P.E .; Wimmer, D .; Winkler, P. M .; Worsnop, D. R .; Carslaw, K. S. (02.12.2016). „Globální tvorba atmosférických částic z měření CERN CLOUD“ (PDF). Věda. 354 (6316): 1119–1124. Bibcode:2016Sci ... 354.1119D. doi:10.1126 / science.aaf2649. ISSN  0036-8075. PMID  27789796.

externí odkazy