Topiaci sa arktický morský ľad odhaľuje zaujímavý prírodný proces, ktorý má priamy vplyv na tvorbu oblakov nad severným pólom. Podľa novej štúdie tam, kde sa ľad láme a otvára more, dochádza k uvoľňovaniu plynov z mora aj z ľadu. Slnečné žiarenie tieto plyny premieňa na úplne nové častice vo vzduchu, z ktorých niektoré dorastú do takej veľkosti, že dokážu naštartovať vznik kvapiek oblakov.

Prudký nárast koncentrácie častíc

Vedci pod vedením Zongbo Shiho z University of Birmingham sledovali túto chémiu počas expedície na lodi RRS Discovery, ktorá sa v máji a júni 2022 plavila z juhovýchodného Grónska do Davisovho prielivu. Pri okraji ľadu západne od Grónska zaznamenali, že koncentrácia častíc stúpla z približne 50 na kubický centimeter vzduchu na približne 1 500 v priebehu iba dvoch dní. Nové častice sa objavili počas 13 dní expedície, čo predstavuje 81 % dní so silným slnečným žiarením.

Arktický vzduch je totiž nezvyčajne čistý – v lete sa tam takmer nedostáva prach ani priemyselné sadze, takže vodná para tam nemá takmer na čom kondenzovať.

Spojenie jódu a síry

Kľúčom k procesu sú dve zložky. Riasy a ďalšie morské organizmy uvoľňujú plyn na báze síry, ktorý slnko premieňa na kyselinu sírovú. Morský ľad, morská voda a grónske pobrežie zase uvoľňujú zlúčeniny jódu, ktoré slnečné žiarenie premieňa na dve jódové kyseliny.

Ani jedna z kyselín samostatne nedokázala vysvetliť namerané hodnoty prístrojov – dokopy to však dávalo zmysel. Tím zachytil zhluky obsahujúce oba typy kyselín, a to výlučne v dňoch, keď vznikali nové častice. Podobnú kombináciu predtým vedci pozorovali iba v laboratórnych podmienkach, v komore CLOUD v CERNe, no nikdy predtým ju nezaznamenali priamo v otvorenej atmosfére. Skoršie arktické štúdie pripisovali vznik častíc buď samotnému jódu nad vysokoarktickým ľadovým príkrovom, alebo síre v okolí Svalbardu.

Rast zabezpečili organické výpary

Čerstvo vzniknutá častica je príliš malá na to, aby na nej mohla vzniknúť kvapka oblaku – musí dorásť na približne 50 nanometrov, pričom aj častica s veľkosťou 100 nanometrov je stále niekoľko stoviek ráz tenšia ako ľudský vlas.

Kyseliny, ktoré časticu naštartujú, sa ukázali ako neefektívne pri jej ďalšom raste. Túto úlohu namiesto nich zohrali stovky organických molekúl bohatých na kyslík, ktoré sa uvoľňujú z oceánu a z okraja ľadu. Výskumník Mao Du so svojím tímom zaznamenal celkovo 591 takýchto molekúl, pričom 91 z nich obsahovalo jód – ide o triedu látok, ktorá nebola predtým nikdy zistená. Molekuly s obsahom jódu tvorili približne desatinu z celkového počtu a podľa modelu tímu sa podieľali na 7 až 23 % rastu častíc.

Častice rástli rýchlosťou 1,5 až 3,6 nanometra za hodinu, čo je na arktické pomery vysoké tempo, a počas ôsmich z 13 dní dosiahli 20 nanometrov už v priebehu niekoľkých hodín.

Okraj ľadu ako epicentrum diania

Celý proces vedci podrobne sledovali 7. a 8. júna. Vietor prinášal vzduch pozdĺž hranice medzi ľadom a otvoreným oceánom až 24 hodín predtým, než dorazil k lodi, pričom väčšinu tejto doby zostával pod výškou 200 metrov.

Koncentrácia organických plynov dosiahla najvyššie hodnoty za celú plavbu. Ozón napáda olejovitý film na hladine mora a vytvára aldehydy, ktorých koncentrácia vyvrcholila na 420 dieloch na bilión. Častice v prvý deň narástli na približne 30 nanometrov a v druhý deň na približne 100 nanometrov, pričom s rastúcou veľkosťou rástli aj rýchlejšie – až tempom okolo 5 nanometrov za hodinu.

Pod stenčujúcim sa ľadom pritom prekvitali riasy. Voda pod ľadom obsahovala vyššiu koncentráciu chlorofylu – zeleného farbiva, pomocou ktorého riasy zachytávajú slnečné svetlo – a práve tieto riasy uvoľňujú spomínaný plyn na báze síry.

Čo modelom chýba

Klimatické modely túto reťaz chemických reakcií zatiaľ nezohľadňujú, čo je čiastočne dôvod, prečo sa im nedarí presne reprodukovať namerané hodnoty arktických častíc. Shiho tím preto navrhuje, aby modely brali sírnu a jódovú cestu ako jeden spoločný proces, nie ako dva oddelené javy.

Nie je pritom jasné, či by to arktické predpovede urobilo teplejšími alebo chladnejšími – viac kvapiek oblakov nad jasným snehom a ľadom môže zadržiavať teplo pri povrchu, zatiaľ čo rovnaké kvapky nad tmavou otvorenou vodou naopak slnečné žiarenie odrážajú späť. Model rastu použitý tímom navyše vysvetlil len približne polovicu, prípadne o niečo viac, skutočne nameraného rastu častíc – prístroje totiž pravdepodobne nedokážu dobre zachytiť lepkavejšie a pomalšie sa vyparujúce výpary, takže časť materiálu, ktorý častice "kŕmi", zostáva zatiaľ neidentifikovaná.

Rozširujúci sa pás rozlámaného ľadu

Otepľovanie pravdepodobne rozšíri pás čiastočne zamrznutej vody, kde táto chémia funguje najintenzívnejšie, a posunie ho ešte ďalej na sever. Arktické vody už teraz uvoľňujú viac jódu a síry než v minulosti, no nikto zatiaľ nezmeral, aké množstvo týchto plynov región skutočne vypúšťa – veľkosť celého efektu tak zostáva otvorenou otázkou.

Štúdia bola publikovaná v časopise Nature Geoscience.