สารอินทรีย์ช่วยปรับปรุงอากาศได้

“แบบจำลองคลาวด์จำเป็นต้องจับองค์ประกอบทางเคมีพื้นฐานได้อย่างถูกต้อง” วิลสันกล่าว “ดูเหมือนว่าปัจจุบันจะไม่มี”

หยดน้ำที่ก่อตัวเป็นเมฆล้อมรอบอนุภาคในอากาศที่เรียกว่าละอองลอย ละอองลอยเหล่านี้ เช่น เขม่า ฝุ่นละออง และละอองน้ำทะเล ทำให้เกิดพื้นผิวที่ไอน้ำในอากาศสามารถควบแน่นได้ โมเลกุลจากอนุภาคสามารถผสมลงในหยดและช่วยให้พวกมันเติบโตได้ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลที่ละลายน้ำได้ เช่น เกลือจากละอองทะเลสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของหยดน้ำที่แตกหน่อ ทำให้หยดน้ำมีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าน้ำบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว

นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่ากระบวนการนี้เป็นสิ่งที่ควบคุมขนาดของหยดน้ำที่ก่อตัวรอบๆ ละอองลอยที่มีโมเลกุลอินทรีย์ เช่น ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ไฟป่า และต้นไม้ Wilson และเพื่อนร่วมงานได้ทดสอบสมมติฐานดังกล่าวโดยการเติมอากาศชื้นลงในท่อทรงกระบอกสูงประมาณ 4 ฟุต แล้วหยดละอองอินทรีย์ลงไป เมื่อน้ำควบแน่นและก่อตัวเป็นหยดน้ำรอบๆ ละอองลอย นักวิจัยจึงติดตามการเจริญเติบโตของละอองโดยใช้เลเซอร์

นักวิจัยพบว่าอนุภาคของเมล็ดมีขนาดประมาณ 150 ถึง 200 นาโนเมตร ทำให้ละอองมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2,000 นาโนเมตร ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าที่คาดไว้ประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์หากโมเลกุลของสารอินทรีย์ละลายลงในหยดน้ำ

หลังจากพิจารณาคุณสมบัติทางเคมีของโมเลกุลอินทรีย์แล้ว นักวิจัยเสนอว่ากลไกที่ถูกมองข้ามไปก่อนหน้านี้กำลังเล่นอยู่ โมเลกุลรวมตัวกันที่ด้านนอกของหยดน้ำ แทนที่จะผสมเข้าไปด้านใน นักวิจัยแนะนำ เมื่ออยู่บนพื้นผิว โมเลกุลจะเปลี่ยนส่วนต่อประสานระหว่างหยดและอากาศโดยรอบ ลดแรงตึงผิวและทำให้น้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้ง่ายขึ้นที่ด้านนอกของหยด ละอองต้องมีขนาดถึงขนาดที่แน่นอนเพื่อให้คงสภาพเดิมในสภาพที่พบได้ทั่วไปในที่ซึ่งเมฆก่อตัว ดังนั้น ยิ่งใหญ่กว่ายิ่งดี Wilson กล่าว

งานนี้แสดงให้เห็นว่าไม่สามารถเพิกเฉยต่อแรงตึงผิวได้ Leo Donner นักวิทยาศาสตร์ด้านบรรยากาศจากห้องปฏิบัติการ Geophysical Fluid Dynamics ของ National Oceanic and Atmospheric Administration ใน Princeton รัฐนิวเจอร์ซีย์กล่าว “นี่เป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจบทบาทของเมฆในสภาพอากาศและวิธีการ เมฆสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศเปลี่ยนไป ซึ่งเป็นอีกส่วนสำคัญของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ” เขากล่าว การเชื่อมโยงการก่อตัวของเมฆกับละอองลอยบางชนิดสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุได้ว่าเมฆจะก่อตัวขึ้นที่ไหนและอย่างไร

เกิดหยดน้ำ

ละอองเมฆที่กำลังเติบโตสามารถได้รับการกระตุ้นด้วยโมเลกุลบางอย่างจากละอองลอย ซึ่งเป็นอนุภาคในอากาศที่ละอองก่อตัวขึ้น โมเลกุลที่ผสมกันเป็นกลุ่มของหยด (จุดสีน้ำเงิน) สามารถปรับสมดุลความดันระหว่างน้ำที่เป็นของเหลวในหยดและไอน้ำโดยรอบ ทำให้น้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้มากขึ้น การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลอินทรีย์ (จุดสีแดง) เคลื่อนที่ไปที่พื้นผิวของหยด โมเลกุลเหล่านี้ลดแรงตึงผิวของหยดน้ำ เปลี่ยนแปลงสิ่งกีดขวางระหว่างน้ำและไอของเหลว และปล่อยให้น้ำกลั่นตัวมากขึ้นบนพื้นผิวของหยด

Donner กล่าวว่า การย้ายจากเคมีขนาดเล็กของหยดน้ำไปสู่การปรับปรุงการจำลองสภาพอากาศโลกนั้นต้องใช้เวลาและการวิจัยที่มากขึ้น “นี่ไม่ใช่ปัญหาชิ้นเดียว แต่เป็นชิ้นสำคัญ”

มลพิษทางอากาศสร้างความประทับใจให้กับ Monet และจิตรกรคนอื่นๆ ในศตวรรษที่ 19

การเปลี่ยนแปลงของคอนทราสต์ สี และทัศนวิสัยตามมลภาวะที่เพิ่มขึ้นในลอนดอนและปารีส

ภาพวาดภูมิทัศน์ในศตวรรษที่ 19 ที่แขวนอยู่ในพิพิธภัณฑ์เทตบริเตนในลอนดอนดูคุ้นเคยอย่างมากสำหรับนักฟิสิกส์ภูมิอากาศ Anna Lea Albright วิธีอันเป็นเอกลักษณ์ของศิลปิน Joseph Mallord William Turner ในการปกคลุมทิวทัศน์ของเขาด้วยหมอกและควัน ทำให้ Albright นึกถึงงานวิจัยของเธอเองที่ติดตามมลพิษทางอากาศ

“ฉันเริ่มสงสัยว่ามีความเกี่ยวข้องกันหรือไม่” ไบรท์ผู้ซึ่งไปเยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์ในวันหยุดจากห้องทดลองอุตุนิยมวิทยาพลวัตในปารีสกล่าว ท้ายที่สุดแล้ว เทอร์เนอร์ ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกขบวนการอิมเพรสชันนิสต์ กำลังวาดภาพขณะที่การปฏิวัติอุตสาหกรรมของอังกฤษกำลังรวบรวมไอน้ำ และโรงงานผลิตพ่นควันที่เพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ลอนดอนได้รับสมญานามว่า “The Big Smoke”

ผลงานในยุคแรกๆ ของ Turner เช่น ภาพวาด “Apullia in Search of Appullus” ในปี 1814 ของเขาได้รับการถ่ายทอดรายละเอียดที่เฉียบคม ผลงานต่อมา เช่น ภาพวาดที่โด่งดังของเขาในปี 1844 เรื่อง “Rain, Steam and Speed — the Great Western Railway” ได้รวมเอาสุนทรียภาพชวนฝันและคลุมเครือยิ่งขึ้น

บางที Albright คิดว่ารูปแบบการวาดภาพที่กำลังเติบโตนี้ไม่ใช่ปรากฏการณ์ทางศิลปะอย่างแท้จริง บางที Turner และผู้สืบทอดของเขาวาดสิ่งที่พวกเขาเห็น: สภาพแวดล้อมของพวกเขาถูกบดบังด้วยหมอกควันมากขึ้นเรื่อยๆ

เพื่อหาคำตอบว่าอิมเพรสชั่นนิสม์มีความสมจริงเพียงใด Albright ได้ร่วมมือกับ Peter Huybers นักภูมิอากาศวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญในการสร้างมลภาวะขึ้นใหม่ก่อนที่จะมีเครื่องมือติดตามคุณภาพอากาศอย่างใกล้ชิด การวิเคราะห์ภาพวาดเกือบ 130 ภาพโดย Turner, Claude Monet อิมเพรสชันนิสต์จากปารีส และอีกหลายคนบอกเล่าเรื่องราวของเมืองสองแห่งที่กำลังปรับปรุงให้ทันสมัย

คอนทราสต์ต่ำและเฉดสีที่ขาวกว่าคือจุดเด่นของสไตล์อิมเพรสชันนิสต์ นอกจากนี้ยังเป็นเครื่องหมายรับรองคุณภาพของมลพิษทางอากาศ ซึ่งอาจส่งผลต่อการมองเห็นฉากที่อยู่ไกลออกไปด้วยตาเปล่า อนุภาคขนาดเล็กในอากาศหรือละอองลอยสามารถดูดซับหรือกระจายแสงได้ ทำให้ส่วนที่สว่างของวัตถุดูมืดลงในขณะเดียวกันก็เปลี่ยนสีของฉากทั้งหมดเป็นสีขาวกลาง

งานศิลปะที่ Albright และ Huybers สำรวจ ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1700 ถึงต้นทศวรรษ 1900 นั้นมีความเปรียบต่างลดลงเมื่อศตวรรษที่ 19 ดำเนินไป แนวโน้มดังกล่าวติดตามการเพิ่มขึ้นของมลพิษทางอากาศ ซึ่งประเมินจากประวัติการขายถ่านหิน รายงานของ Albright and Huybers ในรายงานการประชุมของ National Academy of Sciences เมื่อวันที่ 7 กุมภาพันธ์

“ผลลัพธ์ของเราบ่งชี้ว่าภาพวาด [ศตวรรษที่ 19] จับภาพการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมทางสายตาที่เกี่ยวข้องกับบรรยากาศที่มีมลพิษมากขึ้นในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรม” นักวิจัยเขียน

Albright และ Huybers แยกแยะความแตกต่างของศิลปะจากละอองลอยโดยเริ่มจากการใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อวิเคราะห์คอนทราสต์และสีของภาพวาด 60 ชิ้นที่ Turner ทำขึ้นระหว่างปี 1796 ถึง 1850 รวมถึงผลงานของ Monet 38 ชิ้นตั้งแต่ปี 1864 ถึง 1901 จากนั้นพวกเขาเปรียบเทียบสิ่งที่ค้นพบกับการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ศตวรรษ โดยประเมินจากแนวโน้มปริมาณการขายและเผาถ่านหินต่อปีในลอนดอนและปารีส เมื่อซัลเฟอร์ไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลในบรรยากาศ จะเกิดละอองลอยขึ้น

เมื่อการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณความเปรียบต่างในภาพวาดของทั้งเทอร์เนอร์และโมเนต์ก็ลดลง อย่างไรก็ตาม ภาพวาดปารีสที่โมเนต์สร้างขึ้นตั้งแต่ปี 1864 ถึง 1872 มีความเปรียบต่างสูงกว่าภาพวาดลอนดอนชิ้นสุดท้ายของเทอร์เนอร์เมื่อสองทศวรรษก่อนหน้ามาก

Albright และ Huybers กล่าวว่าความแตกต่างนั้นเป็นผลมาจากการเริ่มต้นการปฏิวัติอุตสาหกรรมในฝรั่งเศสที่ช้ากว่ามาก ระดับมลพิษทางอากาศของปารีสในราวปี 1870 นั้นเกี่ยวกับสภาพของลอนดอนเมื่อ Turner เริ่มวาดภาพในช่วงต้นทศวรรษ 1800 เป็นการยืนยันว่าความก้าวหน้าที่คล้ายคลึงกันในรูปแบบการวาดภาพของพวกเขาไม่สามารถเกิดขึ้นจากความบังเอิญได้ แต่เกิดจากมลพิษทางอากาศ ทั้งคู่สรุป

นักวิจัยยังได้วิเคราะห์การมองเห็นของภาพวาด หรือระยะทางที่วัตถุสามารถมองเห็นได้ชัดเจน ก่อนปี 1830 ทัศนวิสัยในภาพวาดของ Turner อยู่ที่ประมาณ 25 กิโลเมตร ทีมงานพบว่า ภาพวาดที่ทำขึ้นหลังปี 1830 มีทัศนวิสัยเฉลี่ยประมาณ 10 กิโลเมตร ภาพวาดที่วาดโดย Monet ในลอนดอนราวปี 1900 เช่น “Charing Cross Bridge” มีระยะการมองเห็นไม่ถึง 5 กิโลเมตร Albright และ Huybers กล่าวว่า นั่นคล้ายกับการประมาณการสำหรับมหานครสมัยใหม่ เช่น เดลีและปักกิ่ง

เพื่อเสริมข้อโต้แย้งของพวกเขา นักวิจัยยังได้วิเคราะห์ภาพวาด 18 ภาพจากศิลปินอิมเพรสชันนิสต์อีก 4 คนในลอนดอนและปารีส อีกครั้ง เมื่อมลพิษทางอากาศภายนอกอาคารเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ความเปรียบต่างและทัศนวิสัยในภาพวาดก็ลดลง ทีมงานพบว่า ยิ่งไปกว่านั้น การลดลงของภาพวาดในฝรั่งเศสยังตามหลังการลดลงของภาพวาดในอังกฤษ

โดยรวมแล้ว มลพิษทางอากาศสามารถอธิบายความแตกต่างของคอนทราสต์ระหว่างภาพวาดได้ประมาณ 61 เปอร์เซ็นต์ นักวิจัยคำนวณ ในแง่นั้น “จิตรกรที่แตกต่างกันจะวาดภาพในลักษณะเดียวกันเมื่อสภาพแวดล้อมคล้ายคลึงกัน” Albright กล่าว “แต่ฉันไม่อยากพูดเกินเลยและพูดว่า: โอ้ เราสามารถอธิบายลัทธิอิมเพรสชันนิสม์ได้ทั้งหมด”

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ liveaboardsmaldives.com