دور المركّبات العضوية في نمو الجسيمات في الغلاف الجوي

ينشأ نحو نصف مجموع أنوية عملية تكاثف السُّحُب في يومنا هذا من عمليات التشكُّل الجوي للنواة، وهي تظهر عادةً في صورة انفجار لجسيمات جديدة قرب منتصف النهار. ومن خلال مشاهدات الغلاف الجوي، يظهر أن معدل نمو الجسيمات الجديدة يتسارع عادة عندما يتراوح قُطْر الجسيمات بين نانومتر واحد، و10 نانومترات. وفي هذا النطاق الحرج يزداد احتمال فقدان الجسيمات الجديدة، من خلال انعقادها مع الجسيمات سابقة الوجود؛ فتعجز بالتالي عن تكوين نوى تكاثف السُّحُب الجديدة، التي عادةً ما يبلغ عرضها 50 إلى 100 نانومتر. يدخل بخار حمض الكبريتيك عادةً في عملية تشكُّل النواة تلك، لكن بكمية قليلة جدًّا، لا تفسر النمو الذي يحدث فيما بعد؛ ولذا.. فإن الأبخرة العضوية هي البديل الأوقع عند الحدود الكوكبية على الأقل. وعلى الرغم من أن الدراسات الحديثة ترجح أن الأبخرة العضوية منخفضة معدل التطاير تسهم بشكل ما في مرحلة النمو الأولية، إلا أنه لا يوجد دليل مباشر على ذلك. فقد تتسارع وتيرة النمو بسبب تزايد الإنتاج بالتحلل الضوئيّ للأنواع العضوية القابلة للتكاثف في فترة ما بعد الظهيرة؛ كما أن احتمال وجود تأثير "كِلْفِن"، الذي يمنع تكاثف الأبخرة العضوية على الجسيمات الأصغر (تبعًا لنظرية "كوهلر" النانوية)، لا يزال غير واضح حتى الآن. ومن ثم، قام الباحثون باستعراض تجارب أُجريت في حجرة كبيرة في ظروف شبيهة بالغلاف الجوي؛ بهدف دراسة دور الأبخرة العضوية في النمو الأوَّلِي للجسيمات العضوية التي تأخذ شكل النواة في غياب الأحماض غير العضوية، مثل حمض الكبريتيك، والقلويات غير العضوية، مثل الأمونيا والأمينات. وباستخدام بيانات من مجموعة التجارب نفسها، اتضح أن الأبخرة العضوية وحدها قادرة على تحفيز عملية تشكُّل النواة. وبالتركيز على نمو الجسيمات، وجد الباحثون أن الأبخرة العضوية التي تحفز النمو الأوَّلِي تنخفض قابلية تطايرها بشدة (يقل تركيز التشبع عن 10^-4.5 ميكروجرام لكل متر مكعب). وبينما تزداد الجسيمات في الحجم، ويتهاوى حاجز "كِلْفِن"؛ تتسبب الأبخرة العضوية الوفيرة ذات قابلية التطاير الأعلى قليلًا في زيادة النمو أكثر (يتراوح تركيز التشبع بين 10^-4.5، و10^-0.5 ميكروجرام لكل متر مكعب). وقدَّم الباحثون نموذجًا لنمو الجسيمات، يعيد إنتاج قياساتهم بشكل كَمِّي، وقاموا بتحديد معايير لخطوات النمو الأوَّلِي باستخدام نموذج عالمي للرذاذ؛ ووجدوا أن تركيز نواة تكثيف السُّحُب الجوية قابل للتغير بالتالي بصورة كبيرة، بما يصل إلى 50 في المئة، مقارنةً بالتحديد السابق افتراضه لمعايير معدَّل النمو.