کشف مولکول‌های جدید ید-آلی عامل تشکیل ابر در قطب شمال

اقیانوس منجمد شمالی از طریق یک واکنش شیمیایی تازه کشف شده در لبه یخ‌های دریایی در حال ذوب، پوشش ابری مخصوص به خود را تولید می‌کند. مطالعه‌ای که در نشریه «نیچر ژئوساینس» (Nature Geoscience) منتشر شده، نشان می‌دهد که دسته‌ای از مولکول‌های ناشناخته قبلی—مولکول‌های آلی اکسیژن‌دار حاوی ید، یا I-OOMs—باعث تشکیل سریع ذرات هسته‌زای ابر می‌شوند.[1][3]

این فرآیند در «منطقه حاشیه یخ» (marginal ice zone) آغاز می‌شود؛ نوار باریک و بسیار پویایی که اقیانوس باز با یخ‌های دریایی در حال عقب‌نشینی برخورد می‌کند. همانطور که جو گرم‌تر یخ‌ها را ذوب می‌کند، سطح بیشتری از اقیانوس در معرض نور مستقیم خورشید قرار می‌گیرد. این منطقه مرزی از نظر بیولوژیکی بسیار فعال است و میزبان جلبک‌ها و میکروارگانیسم‌های دریایی است که دی‌متیل سولفید را در هوا آزاد می‌کنند، در حالی که آب دریا و خود یخ، ترکیبات طبیعی ید را منتشر می‌کنند.[1][2]

هنگامی که این گازهای نامرئی در جو و زیر نور شدید خورشید با هم مخلوط می‌شوند، دستخوش یک دگرگونی شیمیایی سریع می‌شوند. تابش خورشیدی باعث تشکیل «اکسی‌اسیدهای ید» و «اسید سولفوریک» می‌شود. در حالی که محققان قبلاً مشاهده کرده بودند که این دو اسید در محیط‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده—به ویژه در اتاقک CLOUD در سرن (CERN)—با هم ذراتی را تشکیل می‌دهند، مطالعه جدید اولین شواهد واقعی از عملکرد این سازوکار در جو باز قطب شمال را ارائه می‌دهد.[1][2]

با این حال، اسیدها به تنهایی برای ساخت ذراتی که به اندازه کافی بزرگ باشند تا واقعاً بر تشکیل ابر تأثیر بگذارند، کافی نیستند. یک ذره تازه تشکیل شده در جو برای هسته‌زایی بسیار کوچک است؛ باید به قطر تقریباً ۵۰ نانومتر برسد تا بخار آب بتواند روی آن متراکم شده و یک قطره ابر را تشکیل دهد.[3][4]

اینجاست که مولکول‌های I-OOMs تازه کشف شده نقش حیاتی خود را ایفا می‌کنند. تیم تحقیقاتی، به رهبری دانشگاه بیرمنگام (University of Birmingham) و با همکاری شرکایی از چین و اسپانیا، دریافتند که این مولکول‌های ید-آلی به عنوان یک موتور رشد قدرتمند عمل می‌کنند. آنها به خوشه‌های کوچک اسیدی می‌چسبند، آنها را تثبیت می‌کنند و به سرعت گسترش آنها را به هسته‌های تراکم ابر بالغ تسریع می‌بخشند.[1][2]

طی یک سفر تحقیقاتی در سال ۲۰۲۲ با کشتی RRS Discovery در تنگه دیویس (Davis Strait)، محققان شاهد بودند که این سازوکار به صورت لحظه‌ای در حال وقوع است. در نزدیکی لبه یخ، غلظت ذرات هسته‌زای ابر در یک روز از تقریباً ۵۰ به ۱,۵۰۰ در هر سانتی‌متر مکعب افزایش یافت.[2][3]

این رشد سریع ذرات یک ناهنجاری جداگانه نیست. این سفر تحقیقاتی تشکیل ذرات جدید را در بیش از ۸۰ درصد از روزهای آفتابی که مشاهده کردند، ثبت کرد، که نشان می‌دهد این واکنش شیمیایی یک ویژگی غالب و تکرارشونده در تابستان قطب شمال است، نه یک پدیده نادر و عجیب.[1][2]

این کشف یک حلقه بازخورد اقلیمی پیچیده و بالقوه قدرتمند را برجسته می‌کند. همانطور که قطب شمال گرم می‌شود—که در حال حاضر با سرعتی بیش از سه برابر میانگین جهانی گرم می‌شود—یخ‌های دریایی بیشتری در طول ماه‌های تابستان ذوب می‌شوند. این امر منطقه حاشیه یخ گسترده‌تری را در معرض دید قرار می‌دهد، که به نوبه خود پیش‌سازهای ید و گوگرد بیشتری را در هوا آزاد می‌کند و پوشش ابری بیشتری را ایجاد می‌کند.[2][4]

ابرها در اقلیم قطب شمال نقشی دوگانه و اغلب متضاد دارند. آنها می‌توانند با بازتاب تابش خورشیدی ورودی به فضا، سطح را خنک کنند و به عنوان سپری بر روی آب‌های آزاد و تیره عمل کنند. در مقابل، آنها همچنین می‌توانند به عنوان یک پتوی حرارتی عمل کرده و گرمای فروسرخ خروجی را در نزدیکی سطح به دام بیندازند و به طور بالقوه ذوب شدن بیشتر یخ را تسریع کنند.[3][4]

اینکه آیا این تشکیل ابر خاص ناشی از ید در نهایت گرمایش منطقه‌ای را تسریع می‌کند یا کاهش می‌دهد، همچنان یک پرسش باز است. مدل‌های اقلیمی جهانی کنونی این زنجیره شیمیایی خاص ید و گوگرد را در نظر نمی‌گیرند و این امر شکاف قابل توجهی در پیش‌بینی‌های دینامیک آینده یخ‌های قطب شمال ایجاد می‌کند.[2][4]

محققان امیدوارند با ادغام این مسیرهای مولکولی تازه شناسایی شده در شبیه‌سازی‌های اقلیمی، اختلافات دیرینه بین پیش‌بینی‌های مدل‌سازی شده و مشاهدات واقعی قطب شمال را حل کنند. درک دقیق اینکه چگونه یخ‌های در حال ذوب باعث هسته‌زایی آسمان می‌شوند، گامی ضروری در جهت پیش‌بینی آینده یکی از حساس‌ترین مناطق زمین است.[1][4]