Najjaśniejsze zachody słońca, zachmurzone niebo i dni, w których wszyscy kaszlą, mają coś wspólnego: to wszystko dzięki aerozolom, maleńkim cząsteczkom unoszącym się w powietrzu. Aerozole mogą być maleńkimi kropelkami, cząsteczkami pyłu, kawałkami drobnego czarnego węgla i innymi substancjami, które unoszą się w atmosferze i zmieniają cały bilans energetyczny planety.
Aerozole mają ogromny wpływ na klimat planety. Niektóre, jak czarny i brązowy węgiel, ogrzewają ziemską atmosferę, podczas gdy inne, jak kropelki siarczanu, chłodzą ją. Naukowcy uważają, że ogólnie całe spektrum aerozoli ostatecznie nieco chłodzi planetę. Ale wciąż nie jest do końca jasne, jak silny jest ten efekt chłodzenia i jak bardzo postępuje w ciągu dni, lat lub stuleci.
Czym są aerozole?
Termin „aerozol” obejmuje wiele rodzajów małych cząstek zawieszonych w atmosferze, od jej najbardziej zewnętrznych krawędzi po powierzchnię planety. Mogą być stałe lub płynne, nieskończenie małe lub wystarczająco duże, aby można je było zobaczyć gołym okiem.
Aerozole „pierwotne”, takie jak kurz, sadza czy sól morska, pochodzą bezpośrednio z powierzchni planety. Są unoszone do atmosfery przez porywiste wiatry, wzbijane wysoko w powietrze przez wybuchające wulkany lub wystrzeliwane z kominów i pożarów. Aerozole „wtórne” powstają, gdy różne substancje unoszące się w atmosferze – na przykład związki organiczne uwalniane przez rośliny, kropelki ciekłego kwasu lub inne materiały – zderzają się, powodując reakcję chemiczną lub fizyczną. Na przykład aerozole wtórne tworzą mgłę, od której nazwane są Great Smoky Mountains w Stanach Zjednoczonych.
Aerozole emitowane są zarówno ze źródeł naturalnych, jak i antropogenicznych. Na przykład kurz unosi się z pustyń, suchych brzegów rzek, suchych jezior i wielu innych źródeł. Stężenia aerozoli w atmosferze rosną i spadają wraz ze zdarzeniami klimatycznymi; podczas zimnych, suchych okresów w historii planety, takich jak ostatnia epoka lodowcowa, w atmosferze było więcej pyłu niż w cieplejszych okresach historii Ziemi. Ale ludzie wpłynęli na ten naturalny cykl – niektóre części planety zostały zanieczyszczone produktami naszej działalności, podczas gdy inne stały się nadmiernie wilgotne.
Sole morskie to kolejne naturalne źródło aerozoli. Są one wyrzucane z oceanu przez wiatr i morską bryzę i mają tendencję do wypełniania niższych części atmosfery. W przeciwieństwie do tego, niektóre rodzaje wysoce wybuchowych erupcji wulkanicznych mogą wystrzeliwać cząsteczki i kropelki wysoko w górną warstwę atmosfery, gdzie mogą unosić się przez miesiące, a nawet lata, zawieszone wiele mil od powierzchni Ziemi.
Działalność człowieka wytwarza wiele różnych rodzajów aerozoli. Spalanie paliw kopalnych wytwarza cząstki znane jako gazy cieplarniane – dlatego wszystkie samochody, samoloty, elektrownie i procesy przemysłowe wytwarzają cząstki, które mogą gromadzić się w atmosferze. Rolnictwo wytwarza pył, a także inne produkty, takie jak produkty azotowe w aerozolu, które wpływają na jakość powietrza.
Ogólnie rzecz biorąc, działalność człowieka zwiększyła całkowitą ilość cząstek unoszących się w atmosferze i obecnie jest tam około dwa razy więcej pyłu niż w XIX wieku. Liczba bardzo małych (poniżej 19 mikrona) cząstek materiału powszechnie określanego jako „PM2,5” wzrosła o około 2,5% od czasu rewolucji przemysłowej. Wzrosły również inne aerozole, takie jak ozon, co ma poważne konsekwencje zdrowotne dla ludzi na całym świecie.
Zanieczyszczenie powietrza wiąże się ze zwiększonym ryzykiem chorób serca, udaru mózgu, chorób płuc i astmy. Według niektórych ostatnich szacunków drobne cząsteczki w powietrzu były odpowiedzialne za ponad cztery miliony przedwczesnych zgonów na całym świecie w 2016 roku, a najbardziej ucierpiały dzieci i osoby starsze. Zagrożenia dla zdrowia wynikające z narażenia na drobne cząstki są najwyższe w Chinach i Indiach, zwłaszcza na obszarach miejskich.
Jak aerozole wpływają na klimat?
Aerozole wpływają na klimat na dwa główne sposoby: zmieniając ilość ciepła, które wchodzi do atmosfery lub ją opuszcza, oraz wpływając na sposób formowania się chmur.
Niektóre aerozole, jak wiele rodzajów pyłu z pokruszonych kamieni, mają jasny kolor, a nawet lekko odbijają światło. Kiedy padają na nie promienie słoneczne, odbijają je z powrotem z atmosfery, uniemożliwiając dotarcie tego ciepła do powierzchni Ziemi. Ale ten efekt może mieć również negatywne konotacje: erupcja góry Pinatubo na Filipinach w 1991 roku wyrzuciła do wysokiej stratosfery ilość maleńkich odbijających światło cząstek, która odpowiadała powierzchni 1,2 mil kwadratowych. co następnie spowodowało ochłodzenie planety, które nie ustało przez dwa lata. A erupcja wulkanu Tambora w 1815 r. spowodowała niezwykle zimną pogodę w Europie Zachodniej i Ameryce Północnej w 1816 r., dlatego nazwano go „Rokiem bez lata” – było tak zimno i ponuro, że nawet zainspirowało Mary Shelley do napisania swojego gotyku. powieść Frankenstein.
Ale inne aerozole, takie jak małe cząstki sadzy ze spalonego węgla lub drewna, działają odwrotnie, pochłaniając ciepło słoneczne. To ostatecznie ogrzewa atmosferę, chociaż ochładza powierzchnię Ziemi, spowalniając promienie słoneczne. Ogólnie rzecz biorąc, efekt ten jest prawdopodobnie słabszy niż chłodzenie powodowane przez większość innych aerozoli – ale z pewnością ma wpływ, a im więcej materiału węglowego gromadzi się w atmosferze, tym bardziej atmosfera się nagrzewa.
Aerozole wpływają również na powstawanie i wzrost chmur. Kropelki wody łatwo łączą się wokół cząstek, więc atmosfera bogata w cząstki aerozolu sprzyja tworzeniu się chmur. Białe chmury odbijają wpadające promienie słoneczne, uniemożliwiając im dotarcie do powierzchni i ogrzanie ziemi i wody, ale także pochłaniają ciepło emitowane przez planetę, zatrzymując je w niższych warstwach atmosfery. W zależności od rodzaju i położenia chmur, mogą albo ogrzać otoczenie, albo je schłodzić.
Aerozole mają złożony zestaw różnych oddziaływań na planetę, a ludzie mają bezpośredni wpływ na ich obecność, ilość i rozmieszczenie. I chociaż wpływ na klimat jest złożony i zmienny, konsekwencje dla zdrowia ludzkiego są jasne: im więcej drobnych cząstek w powietrzu, tym bardziej szkodzi zdrowiu ludzkiemu.