تأثیر گرد و غبار جوی بر تشکیل ابرهای یخی تأیید شد

مشخص است که نسبت ابرهای پوشیده از یخ به ذرات گرد و غبار موجود در ابر بستگی دارد که به عنوان هسته تشکیل کریستال یخ عمل می‌کنند. با این حال، این موضوع با استفاده از مجموعه داده‌های بزرگ به وضوح نشان داده نشده است. در مطالعه‌ای که در 31 ژوئیه 2025 منتشر شد، محققان این رابطه را با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای 35 ساله تأیید کرده‌اند. آنها نشان داده‌اند که نسبت ابرهای پوشیده از یخ (یعنی نسبت یخ به کل فراوانی یا ITF در بالای ابر) در نیمکره شمالی بین 15- تا 30- درجه سانتیگراد به شدت با فراوانی ذرات گرد و غبار در ابرها مرتبط است. این امر برای مدل‌سازی آب و هوا مهم است زیرا نیروی تابشی و بارش ابرها تحت تأثیر این قرار می‌گیرد که آیا آنها توسط یک لایه ابر یخی یا آبی پوشانده شده‌اند.

کلمه «گرد و غبار» احساسی از ناراحتی و عدم آسایش را القا می‌کند، که به درستی نیز چنین است، زیرا گرد و غبار ناشی از منابع طبیعی و فعالیت‌های انسانی (مانند ساخت و ساز، فرآیندهای صنعتی و حرکت وسایل نقلیه) ذرات معلق را در هوا ایجاد می‌کنند که منجر به آلودگی هوا می‌شود و تأثیر نامطلوبی بر سلامت سیستم‌های تنفسی و قلبی عروقی دارد. در مناطق خشک و نیمه خشک، طوفان‌های شن و گرد و غبار مقادیر زیادی از ذرات گرد و غبار معدنی را در هوا پمپ می‌کنند. آلودگی هوای حاصل بر سلامت عمومی، محیط زیست و بودجه تابش تأثیر می‌گذارد.  

گرد و غبار معدنی موجود در هوا نیز نقش مهمی در سیستم آب و هوایی ایفا می‌کند. این گرد و غبار، تابش خورشیدی و حرارتی را جذب و پراکنده می‌کند، بنابراین مستقیماً بر تعادل انرژی سیستم زمین تأثیر می‌گذارد. هرگونه تغییر در بار گرد و غبار معدنی جو، تعادل تابش یک منطقه را تغییر می‌دهد (یعنی تغییر خالص در شار تابشی ناشی از گرد و غبار یا نیروی تابشی گرد و غبار). ذرات معلق موجود در هوا تا اندازه 0.2 میکرومتر نیز به عنوان بذرهایی برای تشکیل قطرات ابر عمل می‌کنند، زمانی که بخار آب روی آنها متراکم می‌شود. این ذرات که هسته‌های تراکم ابر (CCN) نامیده می‌شوند، به عنوان پایه قطرات ابر عمل می‌کنند و برای شروع تشکیل قطرات ابر و توسعه ابرها و باران ضروری هستند. این امر به طور غیرمستقیم بر سیستم آب و هوایی زمین، از جمله نیروی تابشی، تأثیر می‌گذارد. تغییرات در غلظت ذرات معلق موجود در هوا که به عنوان CCN عمل می‌کنند، تأثیرات قابل توجهی بر خواص ابر، نیروی تابشی و آب و هوا دارند. 

انواع ابر و نسبت فرکانس به کل (ITF)

ابرها بسته به اینکه در درجه اول از کریستال‌های یخ یا قطرات آب مایع تشکیل شده‌اند، می‌توانند از سه نوع باشند. ابرهای یخی از کریستال‌های یخی تشکیل شده‌اند که از طریق هسته‌زایی در اطراف ذرات هسته‌زای یخ (INPs) مانند گرد و غبار معدنی تشکیل می‌شوند. آنها معمولاً در ارتفاعات بالا که دمای انجماد غالب است، تشکیل می‌شوند. از سوی دیگر، ابرهای آب در درجه اول از قطرات آب مایع تشکیل شده‌اند و زمانی تشکیل می‌شوند که بخار آب در جو خنک شده و به قطرات آب مایع در اطراف هسته‌های تراکم ابر (CCN) مانند گرد و غبار یا ذرات نمک متراکم می‌شود. ابرهای فاز مختلط حاوی کریستال‌های یخ و قطرات آب فوق سرد هستند. این فرآیند که قطرات آب فوق سرد بر روی کریستال‌های یخ یا سایر ذرات یخ منجمد می‌شوند و باعث افزایش قابل توجه جرم و چگالی آنها می‌شوند، ریمینگ نامیده می‌شود. ریمینگ در درجه اول در ابرهای فاز مختلط در دماهای بین -5 درجه سانتیگراد و -25 درجه سانتیگراد در مکان‌هایی که قطرات آب فوق سرد در برخورد با کریستال‌های یخ منجمد می‌شوند، دیده می‌شود. فراوانی یخ به کل (ITF) نسبت ابرهای یخی در مقایسه با تعداد کل ابرهای مشاهده شده در سطح بالای ابر است.  

فرآیندهای دخیل در تأثیر گرد و غبار معدنی بر سیستم آب و هوایی به خوبی درک شده است، با این حال حداقل دو مسئله وجود داشت که محققان باید به آنها بپردازند.  

اولاً، در تخمین اثرات مستقیم و غیرمستقیم آب و هوایی گرد و غبار معدنی در مقیاس جهانی عدم قطعیت وجود داشت. ماموریت EMIT (بررسی منبع گرد و غبار معدنی سطح زمین) ناسا که در ایستگاه فضایی بین‌المللی نصب شده است، با نقشه‌برداری از ترکیب گرد و غبار معدنی مناطق خشک زمین و ارائه مجموعه داده‌های جهانی برای مدل‌سازی آب و هوا، به این موضوع می‌پردازد. این ماموریت در ۲۷ ژوئیه ۲۰۲۲ با ارائه اولین نمای خود از زمین به یک نقطه عطف دست یافت. سال گذشته در سال ۲۰۲۴، این ماموریت به یک مرحله ماموریت تمدید شده حداقل تا سال ۲۰۲۶ منتقل شد.  

ثانیاً، اگرچه مدت‌هاست می‌دانیم که نسبت ابرهای پوشیده از یخ به ذرات گرد و غبار موجود در ابر بستگی دارد که به عنوان هسته تشکیل بلور یخ عمل می‌کنند. با این حال، این موضوع با استفاده از مجموعه داده‌های بزرگ به وضوح نشان داده نشده بود. در مطالعه‌ای که در 31 ژوئیه 2025 منتشر شد، محققان این رابطه را با استفاده از 35 سال داده‌های ماهواره‌ای تأیید کرده‌اند. آنها نشان داده‌اند که نسبت ابرهای پوشیده از یخ (یعنی نسبت یخ به کل فراوانی یا ITF در بالای ابر) در نیمکره شمالی بین 15- تا 30- درجه سانتیگراد به شدت با فراوانی ذرات گرد و غبار در ابرها مرتبط است. این موضوع برای مدل‌سازی آب و هوا مهم است زیرا نیروی تابشی و بارش ابرها تحت تأثیر این قرار می‌گیرد که آیا آنها توسط یک لایه ابر یخی یا آبی پوشانده شده‌اند.  

***

(تشکر و قدردانی: دکتر ساچچیداناند سینگ ، دانشمند ارشد، CSIR-NPL، هند، به خاطر مشارکت‌های ارزشمندشان در مورد موضوع و ویرایش آن)

*** 

منابع:  

1. ویلانوئوا دی. و همکاران 2025. انجماد قطرات ناشی از گرد و غبار، فاز بالای ابر را در مناطق فراگرمسیری شمالی توضیح می‌دهد. علوم. 31 ژوئیه 2025. جلد 389، شماره 6759، صفحات 521-525. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adt5354 

*** 

مقاله مرتبط 

• اثرات آب و هوای گرد و غبار معدنی جو: ماموریت EMIT به نقطه عطفی دست یافت (1 اوت 2022).  

***