پاک‌ترین هوا متعلق به کدام منطقه زمین است

اقیانوس منجمد جنوبی دارای پاک‌ترین هوا روی کره زمین است، اما چیزی بیش از فقدان فعالیت انسانی در آن دخیل است. درست است که انسان‌های کمتری در آنجا حضور دارند و از مواد شیمیایی صنعتی و سوزاندن سوخت‌های فسیلی خبری نیست، اما منابع طبیعی تولید ذرات ریز مانند نمک حاصل از تبخیر آب دریا یا گرد و غباری که توسط باد جمع می‌شود، در آنجا وجود دارند.

 صرف نظر از منشأ آنها، ذرات جامد ریز یا قطرات مایع معلق در هوا به عنوان هواپخش (aerosol) شناخته می‌شوند. ما هوای پاک را دارای سطوح پایین ذرات معلق در هوا می‌دانیم، بدون اینکه بین منابع طبیعی یا صنعتی تفاوت قائل شویم.

تحقیقات اخیر کشف کرده است که ابر‌ها و باران نقش مهمی در تمیز کردن جو دارند.

درک نقش ابر‌ها و باران
سطوح هواپخش‌ها در اقیانوس منجمد جنوبی تحت تأثیر طیف وسیعی از عوامل است که شامل مقدار پخش نمک و تغییرات فصلی در رشد موجودات کوچک گیاه‌مانند به نام فیتوپلانکتون است که منبع ذرات سولفات موجود در هوا هستند.

سولفات‌های کمتری در زمستان، یعنی زمانی که هوای اقیانوس منجمد جنوبی بکرتر است، تولید می‌شوند. اما این تمام ماجرا نیست. اقیانوس منجمد جنوبی همچنین ابری‌ترین مکان روی زمین است و باران‌های کوتاه مدت و پراکنده‌ای را تجربه می‌کند که شبیه به هیچ جای دیگری روی زمین نیست؛ بنابراین پژوهشگران به دنبال دریافتن نقش ابر و باران در پاکسازی هوا رفتند.

بزرگترین مانع برای درک این فرآیند‌ها همیشه فقدان مشاهدات با کیفیت بالا از ابرها، بارندگی و ذرات معلق در هوا در این منطقه از جهان بوده است.

خوشبختانه نسل جدیدی از ماهواره‌ها به ما امکان می‌دهد تصاویر ابر‌ها را با جزئیات بی‌سابقه‌ای مطالعه کنیم. ما یک برنامه رایانه‌ای برای تشخیص الگو‌های ابر‌های مختلف در منطقه وسیعی از اقیانوس منجمد جنوبی ایجاد کردیم.

پژوهشگران می‌گویند ما به شکل ویژه به دنبال الگو‌های لانه زنبوری متمایز در میدان ابر بودیم. این ابر‌های لانه زنبوری بسیار مورد توجه هستند، زیرا نقش عمده‌ای در تنظیم آب و هوا دارند.

هنگامی که یک سلول لانه زنبوری پر از ابر یا به اصطلاح «بسته» می‌شود، سفیدتر و روشن‌تر می‌شود و نور خورشید بیشتری را به فضا منعکس می‌کند؛ بنابراین این ابر‌ها به خنک نگه داشتن زمین کمک می‌کنند.

از طرف دیگر، سلول‌های لانه زنبوری خالی یا به اصطلاح «باز»، اجازه می‌دهند نور خورشید بیشتری به سطح زمین برسد.

این پیچیدگی‌ها همچنان منبع خطا در مدل‌سازی آب و هوای زمین هستند، زیرا به درستی در این مدل گنجانده نشده‌اند. مهم است که تعادل سلول‌های باز و بسته را به درستی برقرار کنیم، در غیر این صورت نتایج ممکن است پرخطا باشد.

باز یا بسته بودن سلول‌های لانه زنبوری به میزان بارندگی که می‌توانند تولید کنند نیز مرتبط است.

این سلول‌ها به اندازه‌ای بزرگ هستند که از فضا دیده شوند و قطری در حدود ۴۰ تا ۶۰ کیلومتر دارند؛ بنابراین می‌توانیم با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای آن‌ها را مطالعه کنیم.

پژوهشگران می‌گویند هدف تحقیقات ما به ویژه با توجه به راه‌اندازی آزمایش ابر و بارش در تاسمانی به دست آوردن اطلاعات با وضوح بالاتر در مورد ابرها، باران و نور خورشید است.

پاک کردن ذرات معلق در هوا از آسمان
پژوهشگران می‌گویند ما الگو‌های ابر لانه زنبوری را با اندازه‌گیری‌های ذرات معلق در رصدخانه Kennaook/Cape Grim و همچنین با مشاهدات بارندگی اداره هواشناسی از یک باران‌سنج مجاور مقایسه کردیم.

آن‌ها می‌گویند نتایج ما نشان داد روز‌هایی که پاک‌ترین هوا را داشتند، با وجود «ابر لانه زنبوری باز» همراه بود. ما فکر می‌کنیم این به این دلیل است که این ابر‌ها باران‌های پراکنده، اما شدیدی را ایجاد می‌کنند که به نظر می‌رسد ذرات هواپخش را از هوا می‌شویند.

این نتیجه‌گیری تا حدودی غیر شهودی است، اما به نظر می‌رسد سلول‌های باز حاوی رطوبت بیشتری هستند و باران بیشتری نسبت به سلول‌های بسته می‌بارند.

پژوهشگران می‌گویند ما دریافتیم که ابر‌های لانه زنبوری باز، ۶ برابر ابر‌های بسته باران تولید می‌کنند؛ بنابراین آنچه توسط ماهواره هوای کمتر ابری شناسایی می‌شود، در واقع باعث ایجاد مؤثرترین بارش باران برای شستشوی ذرات معلق در هوا می‌شود. در حالی که الگوی لانه زنبوری باز یا بسته کمتر مؤثر است. این یکی از جنبه‌های شگفت‌انگیز یافته‌های ما بود.

پژوهشگران افزودند: ما متوجه شدیم که ابر لانه زنبوری خالی در ماه‌های زمستان، زمانی که هوا تمیزتر است، بسیار رایج‌تر است. ما همچنین می‌خواستیم بدانیم چه چیزی باعث می‌شود که میدان‌های ابری به شکلی که هستند به نظر برسند. تجزیه و تحلیل ما نشان می‌دهد که سیستم‌های آب و هوایی در مقیاس بزرگ الگوی میدان ابر را کنترل می‌کنند. همانطور که طوفان‌های سرکش از اقیانوس منجمد جنوبی عبور می‌کنند، این سلول‌های باز و بسته را نیز تولید می‌کنند.

هوای تازه و مدل‌های آب و هوایی بهتر
پژوهشگران می‌گویند تحقیقات ما قطعه جدیدی به این پازل افزوده است، اینکه چرا اقیانوس منجمد جنوبی پاک‌ترین هوای جهان را دارد.

بارندگی کلید اصلی است، به‌ویژه بارانی که از این ابر‌های سلولی لانه زنبوری شفاف و باز می‌بارد. ما برای اولین بار متوجه شدیم که آن‌ها واقعاً مسئول پاکسازی هوای جاری در اقیانوس منجمد جنوبی هستند.

این الگو‌های لانه زنبوری در زمستان در هر دو منطقه اقیانوس اطلس شمالی و اقیانوس آرام شمالی نیز یافت می‌شوند؛ بنابراین کار ما همچنین به توضیح چگونگی حذف ذرات معلق در هوا از جمله گرد و غبار و آلودگی در این ابر‌ها کمک خواهد کرد و یافته‌های ما به بهبود مدل‌های اقلیمی کمک می‌کند و پیش‌بینی‌های دقیق‌تری را ممکن می‌سازد.

باران ذرات معلق در هوا را از آسمان پاک می‌کند، به همان روشی که ماشین لباسشویی برای تمیز کردن لباس‌ها عمل می‌کند؛ بنابراین پس از عبور از جبهه سرد، هوا تمیز می‌شود و این هوای تمیز از سمت سواحل جنوبی استرالیا در زمستان وارد می‌شود.