자신의 구름을 만들어서 과학자들은 가장 뚱뚱한 물방울이 어떻게 형성되는지 알아냈습니다. 그리고 그들은 외부에 있는 것이 중요하다는 것을 알게 됩니다.
기후 과학자들은 어떻게 물방울이 모여 거대한 구름이 되는지 이해할 필요가 있습니다. 이것이 그들이 기후 변화를 모델링하는 데 사용하는 컴퓨터 프로그램에서 구름 형성을 재현할 수 있는 유일한 방법입니다. 바로 지금, 그것은 이러한 컴퓨터 모델이 어려움을 겪고 있는 것입니다.
“클라우드 모델은 기본 화학을 올바르게 포착해야 합니다.”라고 Kevin Wilson은 말합니다. “현재는 그렇지 않은 것 같습니다.”
Wilson은 캘리포니아에 있는 Lawrence Berkeley National Laboratory의 물리화학자입니다. 그는 새로운 연구를 수행한 팀의 일원이었습니다. 작은 탄소 함유 분자는 성장하는 물방울의 외부를 코팅하여 성장을 돕습니다. 사실, 그들은 이 탄소 기반 분자가 예상했던 것보다 50% 더 넓은 물방울로 이어질 수 있음을 보여주었습니다.
탄소 함유(또는 유기) 분자가 물의 표면 장력을 감소시키기 때문에 물방울이 더 큽니다. 그러면 더 많은 물 분자가 공기 중에서 응축되어 물방울에 달라붙게 됩니다. 그리고 더 큰 물방울은 구름을 형성할 가능성이 더 높다고 Wilson은 말합니다.
그의 팀의 발견은 3월 25일 사이언스에 실렸습니다.
화학의 역할
구름을 구성하는 물방울은 에어로졸 주위에 형성됩니다. 이들은 수증기가 응결될 수 있는 작은 공기 중의 입자입니다. 때로는 이러한 에어로졸의 분자가 물방울에 섞일 수도 있습니다. 이것은 순수한 물로 만든 것보다 더 크게 자라는 데 도움이 될 수 있습니다.
과학자들은 이 혼합 과정이 유기(탄소 기반) 에어로졸 주변에 형성되는 물방울의 크기만 제어한다고 가정했습니다. 이러한 유기 에어로졸의 예로는 화석 연료 연소로 인한 오염이나 산불로 분출되는 연기가 있습니다.
Wilson과 그의 동료들은 그 가정을 테스트하기를 원했습니다. 그들은 약 1.2미터(4피트) 높이의 원통형 튜브에 습한 공기를 채웠습니다. 그런 다음 그들은 유기 에어로졸을 그 안에 떨어뜨렸습니다. 물이 응축되어 에어로졸 주위에 작은 물방울이 형성됨에 따라 연구원들은 레이저를 사용하여 물방울의 성장을 모니터링했습니다.
구름 성장을 촉진하는 데 사용되는 에어로졸을 “씨앗” 입자라고 합니다. 모든 에어로졸과 마찬가지로 작습니다. 그러나 이러한 씨앗 입자는 큰 물방울로 이어졌습니다. 실제로 유기 분자가 단순히 물에 섞였다면 연구원들이 예상했던 것보다 40~60% 더 컸습니다.
그래서 연구원들은 이것이 왜 그럴 수 있는지에 대해 생각하기 시작했습니다. 이제 윌슨과 그의 동료들은 물방울 내부에 섞이는 대신 표면에 유기 분자가 모인다고 생각합니다. 그곳에서 그들은 물방울과 주변 공기 사이의 상호 작용을 변경합니다. 그들은 표면 장력을 낮추어 더 많은 물이 성장하는 물방울의 외부에 더 쉽게 응축되도록 합니다.
더 클수록 좋다고 윌슨은 말합니다. 그 이유는 물방울이 구름을 형성할 수 있을 만큼 오래 온전하게 유지되려면 특정 크기에 도달해야 하기 때문입니다.
새로운 데이터는 표면 장력을 무시할 수 없다는 것을 보여준다고 Leo Donner는 말합니다. 그는 대기 과학자입니다. 그는 국립해양대기청 산하 뉴저지주 프린스턴에 있는 지구물리유체역학연구소에서 일하고 있다.
Donner는 “이것은 기후에서 구름의 역할과 대기 구성이 변함에 따라 구름이 어떻게 변할 수 있는지 이해하는 데 중요합니다.”라고 말합니다. 이것은 사람들이 기후 변화로 예상되는 것을 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. 과학자들이 특정 에어로졸이 구름과 어떻게 연결되어 있는지 안다면 구름이 어디서 어떻게 형성되는지 알아낼 수 있을 것입니다.
Donner는 기후가 어떻게 변할지 예측하려는 컴퓨터를 개선하려면 시간과 많은 연구가 필요할 것이라고 말합니다. “이것이 문제의 유일한 부분은 아니지만 중요한 부분입니다.”