در سراسر جهان شرایط حاد آب و هوایی، شمار و دامنه پدیده‌هایی چون باران‌های شدید یا خشکسالی‌های طولانی مدت به طور چشمگیری در حال افزایش است.

پژوهشگران مؤسسه تکنولوژی کارلسروهه در آلمان (KIT) اکنون از نقش و تأثیر ذرات فوق ریز موجود در جو (ذرات معلق در ابعاد نانو)، بر این تغییرات اقلیمی سخن می‌گویند.

بر پایه نتایج تجزیه و تحلیلی این محققان که در مجله تخصصی Scientific Reports منتشر شده است، این ذرات بسیار ریز عمدتا با احتراق سوخت‌های فسیلی با سیستم‌ پالایش گازهای خروجی برای مثال در پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و در کشتیرانی تولید می‌شوند و یا در تأسیسات عظیم احتراق سوخت‌های فسیلی دیگر که مجهز به جدیدترین سیستم تصفیه گازهای خروجی هستند.

در این گزارش آمده است، هرچند با پالایش گازهای خروجی، انتشار ذرات آلاینده بزرگ‌تر در جو،‌ کمتر شده است و استفاده از آمونیاک که از دهه ۹۰ میلادی مرسوم شد، از ساخت اکسیدهای نیتروژن (Nox) در گازهای خروجی از تأسیسات صنعتی جلوگیری می‌کند، اما همچنان حجم عظیمی از نانوذرات وارد جو می‌شوند.

ابرها اینگونه نمی‌توانند ببارند

این نانوذرات به نوبه خود منجر به تشکیل قطره‌های کوچکی از آب می‌شوند که در ابر جمع می‌شوند. به طور معمول تراکم و میعان ذرات ریز بخار آب موجود در هوا در هسته‌های تراکم ابر رخ می‌دهد که اندازه آنها ۰/۰۰۰۲ میلیمتر است. ذرات ریز بخار آب که قطری برابر با ۰/۰۱ میلی‌متر دارند روی این هسته‌ها جمع می‌شوند؛ اندازه‌ای که برای غلبه بر مقاومت هوا و سقوط در اثر نیروی گرانش بسیار کوچک است.

دکتر ولفگانگ یونکرمان از مؤسسه تکنولوژی کارلسروهه توضیح می‌دهد: «برای اینکه در یک ابر، سرعت فرود (سقوط آزاد) بیشتر از سرعت صعود ( جریان عمودی رو به بالا) باشد، اندازه‌ای برابر با ۱ تا ۲ میلی‌متر لازم است.»

دویچه وله را در اینستاگرام دنبال کنید

به گفته این پژوهشگر، وجود چند قطره دست کم ۰/۰۲۵ میلی‌متری به عنوان "هسته" برای قطره‌های باران ضروری است. یونکرمان می‌افزاید، از نانوذرات گرد و غبار موجود در اتمسفر با قطری کمتر از ۰/۰۰۰۰۴ میلی‌متر نمی‌توان برای تشکیل هسته‌های تراکم ابر استفاده کرد چرا که لایه‌‌ آب روی سطح شدیدا منحنی، سریع‌تر از آنکه بتواند بزرگ شود، تبخیر می‌شود.

به دلیل وجود نانوذرات موجود در هوا، قطره‌ها بسیار کوچک باقی می‌مانند، قادر به پیوند با یکدیگر نیستند و به این ترتیب نمی‌توانند بر مقاومت باد غلبه کنند و در نتیجه سقوط یا بارشی هم اتفاق نمی‌افتد.

دکتر یونکرمان اضافه می‌کند: «به این ترتیب قطره‌های آب مدت طولانی‌تری در جو باقی می‌مانند، باران در ابتدا تحت قشار قرار می‌گیرد و اینگونه یک منبع انرژی اضافی در لایه میانی تروپوسفر ایجاد می‌شود که شرایط را برای بارندگی‌های شدید مهیا می‌کند. این فرآیند ممکن است صدها کیلومتر دورتر هم اتفاق بیفتد.»

بنابراین بارش باران به واسطه وجود نانوذرات‌ها پیوسته به تعویق می‌افتد تا اینکه در نهایت به شکل بارانی سیل‌آسا به زمین فرود بیاید.

تروپوسفر یا وَرد سپهر پایین‌ترین لایه اتمسفر زمین که تقریبا تمام بخار آب و ذرات معلق درون هواسپهر را در خود جای داده است. 

افزایش چشمگیر نانوذارات در جو

پژوهشگران مؤسسه تکنولوژی کارلسروهه توانسته‌اند با اندازه‌گیری‌هایی که در سراسر جهان انجام شده، ثابت کنند، مقدار ذرات فوق ریز برای مثال در منطقه مدیترانه در ۵۰ سال گذشته ۲۵ برابر افزایش داشته است.

یونکرمان توضیح می‌دهد: «در همین بازه زمانی شاهد تغییرات شدیدی در بارندگی، از پایان بارندگی‌های منظم تا خشکسالی و دیگر پدیده‌های شدید اقلیمی هستیم.»

پس از مقایسه با مجموع داده‌های ۲۰ ساله از اروپا، آسیا، آمریکای میانی و استرالیا، پژوهشگران الگوهای مشابهی هم در مورد استرالیا و مغولستان مشاهده کردند.

پژوهشگران مؤسسه تکنولوژی کارلسروهه توانستند به همراه یورگ هکر، پژوهشگر اقلیمی از مؤسسه تحقیقاتی مستقل Airborne Research Australia  به نتایج جدیدی برسند.

دقت بالا در پیش‌بینی؟

تاکنون بر پایه مدل‌های اقلیمی تنها می‌توان تشکیل و بروز پدیده‌های شدید جوی را پیش‌بینی کرد. اما تخمین محل بارش باران‌های سیل‌آسا در نهایت بسیار دشوار است.

از سوی دیگر باید گفت که در این مدل‌ها تاکنون نقش افزایش شدید ذرات گرد و غبار فوق ریز در اتمسفر آنگونه که باید و شاید بررسی نشده است.

به گفته پژوهشگران مؤسسه تکنولوژی کارلسروهه در مدل‌ها و محاسبات پیشین همچنان معیار، مقادیر ریزذراتی است که پژوهشگران از مدل‌های انتشار آلاینده‌ها از اوایل قرن ۲۰ میلادی می‌شناختند و به کار می‌بردند.

یونکرمان بر این باور است که: «با داده‌های جدید می‌توان شبیه‌سازی چرخه آب، تغییرات بارندگی و رویدادهای شدید اب و هوایی را احتمالا به گونه‌ای چشمگیر، بهبود بخشید.»

به گفته او در ایده‌آل‌ترین حالت، پیش‌بینی دقیق‌تر زمان و مکان بارش ممکن است. به این ترتیب می‌توان با امکان این پیش‌بینی دقیق، به ساکنان مناطقی که در مخاطره بارش شدید خواهند بود و همچنین نیروهای امدادی و کمک‌رسانی به صورت هدفمندتری هشدار داد.