«میکروپلاستیک‌» چگونه ابرها را تحت تأثیر قرار می‌دهد؟

ابر‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که بخار آب (گاز نامرئی در جو) به ذرات شناور ریز مانند گرد و غبار بچسبد و به قطرات آب مایع یا کریستال‌های یخ تبدیل شود. در مطالعه‌ای که به تازگی منتشر شده، نشان داده شده که ذرات میکروپلاستیک می‌توانند اثرات مشابهی داشته باشند و کریستال‌های یخ را در دمای ۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد گرم‌تر از قطرات بدون میکروپلاستیک تولید کنند.

به گزارش فرادید، این امر حاکی از آنست که میکروپلاستیک‌های موجود در هوا ممکن است با تولید ابر‌ها در شرایطی که غیر از این تشکیل نمی‌شدند، بر آب و هوا اثر بگذارند.

شیمیدان‌های جوّی کسانی هستند که بررسی می‌کنند چگونه انواع مختلف ذرات در تماس با آب مایع یخ درست می‌کنند. این فرآیند که مدام در جوّ اتفاق می‌افتد، هسته‌زایی نام دارد.

ابر‌های موجود در جوّ می‌توانند از قطرات آب مایع، ذرات یخ یا مخلوطی از این دو تشکیل شوند. در ابر‌های اتمسفر میانی تا بالایی، جایی که دما بین ۰ تا منفی ۳۸ درجه سانتیگراد) است، کریستال‌های یخ معمولاً اطراف ذرات گرد و غبار معدنی حاصل از خاک‌های خشک یا ذرات بیولوژیکی مانند گرده یا باکتری تشکیل می‌شوند.

برخی از میکروپلاستیک‌ها میکروسکوپی هستند. دانشمندان آنها را در دریا‌های عمیق قطب جنوب، قله کوه اورست و برف تازه قطب جنوب یافته‌اند. از آنجا که این قطعات بسیار کوچک هستند، به راحتی به هوا منتقل می‌شوند.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟

یخ ابر‌ها تأثیرات مهمی بر آب می‌گذارد، زیرا بیشتر بارندگی‌ها به صورت ذرات یخ آغاز می‌شوند.

بسیاری از قله‌های ابر در مناطق غیرگرمسیری سراسر جهان به قدر کافی در بالای جوّ امتداد می‌یابند که هوای سرد سبب یخ زدن مقداری از رطوبت آنها می‌شود. سپس، وقتی یخ تشکیل شد، بخار آب قطرات مایع اطراف خود را می‌کشد و کریستال‌ها به قدری سنگین می‌شوند که سقوط می‌کنند. اگر یخ ایجاد نشود، ابر‌ها به جای ایجاد باران یا بارش برف به تبخیر شدن مایل می‌شوند.

بچه‌ها در مدرسه یاد می‌گیرند آب در دمای ۳۲ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتیگراد) یخ می‌زند، اما همیشه اینطور نیست. آب بدون چیزی که روی آن جمع شود (یا تشکیل هسته دهد)، مانند ذرات گرد و غبار، می‌تواند تا دمای منفی ۳۶ درجه فارنهایت (من‌های ۳۸ درجه سانتیگراد) قبل از یخ زدن فوق‌سرد شود.

برای اینکه انجماد در دما‌های گرمتر اتفاق بیفتد، باید در قطره، نوعی ماده که در آب حل نمی‌شود وجود داشته باشد. این ذره سطحی را فراهم می‌کند که در آن، نخستین کریستال یخ می‌تواند تشکیل شود. اگر میکروپلاستیک‌ها وجود داشته باشند، می‌توانند سبب تشکیل کریستال‌های یخ شوند که به طور بالقوه سبب افزایش بارش باران یا برف می‌شود.

ابر‌ها نیز به روش‌های مختلف بر آب و هوا اثر می‌گذارند. آنها منعکس‌کننده‌ی نور خورشید در حال نزدیک شدن دور از سطح زمین هستند که اثر خنک‌کنندگی دارد و مقداری تشعشعات ساطع‌شده از سطح زمین را جذب می‌کنند که اثر گرمایی دارد.

میزان بازتاب نور خورشید به مقدار آب مایع در مقابل یخی که یک ابر دارد، بستگی دارد. اگر میکروپلاستیک‌ها حضور ذرات یخ را در ابر‌ها در قیاس با قطرات آب مایع افزایش دهند، این تغییر نسبت می‌تواند اثر ابر‌ها بر تعادل انرژی زمین را تغییر دهد.

زمین مدام از خورشید انرژی دریافت میکند و آن را به فضا بازتاب می‌دهد. ابر‌ها در این فرآیند دو اثر گرم‌کننده و خنک‌کننده دارند

ما چگونه آزمایشات‌مان را انجام دادیم؟ 

برای اینکه ببینیم آیا قطعات میکروپلاستیک می‌توانند هسته قطرات آب باشند، از چهار نوع از رایج‌ترین انواع پلاستیک در جوّ استفاده کردیم: پلی اتیلن با چگالی کم، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید و پلی اتیلن ترفتالات. هر کدام هم در حالت بکر و هم پس از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، ازن و اسید‌ها آزمایش شدند. تمام اینها در جوّ وجود دارند و می‌توانند بر ترکیب میکروپلاستیک‌ها اثر بگذارند.

ما میکروپلاستیک‌ها را در قطرات کوچک آب معلق کردیم و به آرامی قطرات را خنک کردیم تا ببینیم کی یخ می‌زنند. ما همچنین سطوح قطعات پلاستیکی را برای تعیین ساختار مولکولی آنها تجزیه و تحلیل کردیم، زیرا هسته‌زایی یخ می‌تواند به شیمی سطح میکروپلاستیک‌ها بستگی داشته باشد.

در بیشتر پلاستیک‌هایی که مطالعه کردیم، ۵۰ درصد از قطرات زمانی که در دمای منهای ۲۲ درجه سانتیگراد سرد شدند، منجمد شدند. این نتایج با مطالعات تازه‌ی دانشمندان کانادایی یکی است که دریافتند برخی از انواع میکروپلاستیک‌ها در دمای گرمتر از قطرات بدون میکروپلاستیک، به عنوان هسته‌های یخ عمل می‌کنند.

قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، ازن و اسید‌ها موجب کاهش فعالیت هسته‌زایی یخ روی ذرات می‌شود. این موضوع نشان می‌دهد هسته‌زایی یخ نسبت به تغییرات شیمیایی کوچک روی سطح ذرات میکروپلاستیک حساس است. با این حال، این پلاستیک‌ها همچنان هسته یخ را شکل دادند، بنابراین همچنان می‌توانند بر میزان یخ در ابر‌ها اثر بگذارند.

چیزی که هنوز روشن نیست 

برای درک اینکه چگونه میکروپلاستیک‌ها بر آب و هوا اثر می‌گذارند، باید غلظت آنها را در ارتفاعاتی که ابر‌ها تشکیل می‌شوند، بفهمیم. همچنین باید غلظت میکروپلاستیک‌ها را در قیاس با سایر ذراتی مانند گرد و غبار معدنی و ذرات بیولوژیکی که می‌توانند هسته یخ را شکل دهند درک کنیم تا ببینیم آیا میکروپلاستیک‌ها در سطوح قابل‌مقایسه وجود دارند یا خیر. این اندازه‌گیری‌ها به ما اجازه می‌دهد تأثیر میکروپلاستیک‌ها بر تشکیل ابر را مدل‌سازی کنیم.

قطعات پلاستیکی اندازه‌ها و ترکیبات مختلفی دارند. در تحقیقات آینده، قصد داریم روی ذرات پلاستیکی کوچکتر و پلاستیک‌هایی تحقیق کنیم که حاوی مواد افزودنی هستند، مانند نرم‌کننده‌ها و رنگ‌دهنده‌ها.