درخشان‌ترین غروب‌ها، آسمان‌های ابری و روزهایی که همه سرفه می‌کنند، همگی یک چیز مشترک دارند: همه اینها به خاطر ذرات معلق در هوا، ذرات ریز شناور در هوا است. آئروسل ها می توانند قطرات ریز، ذرات غبار، تکه های کربن سیاه ریز و سایر موادی باشند که در جو شناور هستند و کل تعادل انرژی سیاره را تغییر می دهند.
آئروسل ها تاثیر زیادی بر آب و هوای سیاره دارند. برخی، مانند کربن سیاه و قهوه ای، جو زمین را گرم می کنند، در حالی که برخی دیگر، مانند قطرات سولفات، آن را خنک می کنند. دانشمندان معتقدند که به طور کلی، کل طیف ذرات معلق در هوا در نهایت سیاره را اندکی خنک می کند. اما هنوز کاملاً مشخص نیست که این اثر خنک کننده چقدر قوی است و در طول روزها، سال ها یا قرن ها چقدر پیشرفت می کند.
آئروسل ها چیست؟
اصطلاح "آئروسل" برای بسیاری از انواع ذرات کوچک که در سراسر جو معلق هستند، از بیرونی ترین لبه های آن تا سطح سیاره به کار می رود. آنها می توانند جامد یا مایع، بی نهایت کوچک یا به اندازه کافی بزرگ باشند که با چشم غیر مسلح دیده شوند.
ذرات معلق در هوا «اولیه»، مانند گرد و غبار، دوده یا نمک دریا، مستقیماً از سطح سیاره می آیند. آنها توسط بادهای تند و تند به اتمسفر برده می شوند، با انفجار آتشفشان ها به سمت هوا اوج می گیرند یا از دودکش ها و آتش سوزی ها بیرون می آیند. آئروسل‌های «ثانویه» زمانی تشکیل می‌شوند که مواد مختلف شناور در اتمسفر - به عنوان مثال، ترکیبات آلی آزاد شده توسط گیاهان، قطرات اسید مایع یا مواد دیگر - با هم برخورد می‌کنند که منجر به یک واکنش شیمیایی یا فیزیکی می‌شود. برای مثال آئروسل‌های ثانویه، مه‌هایی را ایجاد می‌کنند که کوه‌های دودی بزرگ در ایالات متحده از آن نام گرفته‌اند.
آئروسل ها هم از منابع طبیعی و هم از منابع انسانی ساطع می شوند. به عنوان مثال، گرد و غبار از بیابان ها، سواحل رودخانه های خشک، دریاچه های خشک و بسیاری از منابع دیگر بلند می شود. غلظت آئروسل اتمسفر با رویدادهای اقلیمی افزایش و کاهش می یابد. در دوره‌های سرد و خشک تاریخ سیاره، مانند آخرین عصر یخبندان، گرد و غبار بیشتری در جو نسبت به دوره‌های گرم‌تر تاریخ زمین وجود داشت. اما مردم این چرخه طبیعی را تحت تأثیر قرار داده اند - برخی از نقاط کره زمین توسط محصولات فعالیت های ما آلوده شده اند، در حالی که برخی دیگر بیش از حد مرطوب شده اند.
نمک های دریایی یکی دیگر از منابع طبیعی آئروسل ها هستند. آنها توسط باد و اسپری دریا از اقیانوس خارج می شوند و تمایل دارند قسمت های پایینی جو را پر کنند. در مقابل، برخی از انواع فوران‌های آتشفشانی بسیار انفجاری می‌توانند ذرات و قطرات را به اتمسفر فوقانی پرتاب کنند، جایی که می‌توانند ماه‌ها یا حتی سال‌ها شناور شوند و مایل‌ها از سطح زمین معلق باشند.
فعالیت انسان انواع مختلفی از ذرات معلق در هوا را تولید می کند. سوزاندن سوخت‌های فسیلی ذراتی را تولید می‌کند که به‌خوبی به عنوان گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شوند – بنابراین همه اتومبیل‌ها، هواپیماها، نیروگاه‌ها و فرآیندهای صنعتی ذراتی را تولید می‌کنند که می‌توانند در جو انباشته شوند. کشاورزی و همچنین محصولات دیگری مانند محصولات نیتروژن آئروسل که بر کیفیت هوا تأثیر می گذارد، گرد و غبار تولید می کند.
به طور کلی، فعالیت‌های انسانی میزان کل ذرات شناور در جو را افزایش داده است و اکنون حدود دو برابر بیشتر از میزان گرد و غبار در قرن نوزدهم وجود دارد. تعداد ذرات بسیار کوچک (کمتر از 19 میکرون) از ماده ای که معمولاً "PM2,5،2,5" نامیده می شود، از زمان انقلاب صنعتی حدود 60٪ افزایش یافته است. سایر ذرات معلق در هوا، مانند اوزون نیز افزایش یافته است که عواقب جدی برای سلامتی مردم در سراسر جهان دارد.
آلودگی هوا با افزایش خطر بیماری قلبی، سکته مغزی، بیماری ریوی و آسم مرتبط است. بر اساس برخی برآوردهای اخیر، ذرات ریز موجود در هوا عامل بیش از چهار میلیون مرگ زودرس در سراسر جهان در سال 2016 بوده اند و کودکان و افراد مسن بیشترین آسیب را دیده اند. خطرات بهداشتی ناشی از قرار گرفتن در معرض ذرات ریز در چین و هند، به ویژه در مناطق شهری، بالاترین میزان است.
آئروسل ها چگونه بر آب و هوا تأثیر می گذارند؟
آئروسل ها به دو صورت عمده بر آب و هوا تأثیر می گذارند: با تغییر میزان گرمایی که وارد یا خارج از جو می شود و با تأثیر بر نحوه تشکیل ابرها.
برخی از آئروسل ها، مانند بسیاری از انواع گرد و غبار از سنگ های خرد شده، به رنگ روشن هستند و حتی نور را کمی منعکس می کنند. هنگامی که پرتوهای خورشید بر روی آنها می افتد، پرتوهای جو را به عقب بازتاب می دهند و از رسیدن این گرما به سطح زمین جلوگیری می کنند. اما این اثر می‌تواند مفهومی منفی نیز داشته باشد: فوران کوه پیناتوبو در فیلیپین در سال 1991، مقداری از ذرات ریز منعکس‌کننده نور را به استراتوسفر بالا پرتاب کرد که معادل مساحتی معادل 1,2 مایل مربع بود. که متعاقباً باعث سرد شدن سیاره شد که به مدت دو سال متوقف نشد. و فوران آتشفشان تامبورا در سال 1815 باعث هوای سرد غیرمعمول در اروپای غربی و آمریکای شمالی در سال 1816 شد، به همین دلیل به آن "سال بدون تابستان" لقب گرفت - آنقدر سرد و تاریک بود که حتی از مری شلی الهام گرفت تا گوتیک خود را بنویسد. رمان فرانکشتاین
اما سایر ذرات معلق در هوا، مانند ذرات کوچک کربن سیاه از زغال سنگ یا چوب سوخته، برعکس عمل می کنند و گرمای خورشید را جذب می کنند. این در نهایت اتمسفر را گرم می کند، اگرچه با کاهش سرعت تابش خورشید، سطح زمین را خنک می کند. به طور کلی، این اثر احتمالاً ضعیف‌تر از خنک‌کننده‌ای است که توسط اکثر آئروسل‌های دیگر ایجاد می‌شود - اما مطمئناً تأثیر دارد و هر چه مواد کربن بیشتری در جو انباشته شود، جو بیشتر گرم می‌شود.
آئروسل ها نیز بر شکل گیری و رشد ابرها تأثیر می گذارند. قطرات آب به راحتی در اطراف ذرات جمع می شوند، بنابراین جوی غنی از ذرات آئروسل به تشکیل ابر کمک می کند. ابرهای سفید پرتوهای خورشیدی ورودی را منعکس می‌کنند و از رسیدن آنها به سطح و گرم شدن زمین و آب جلوگیری می‌کنند، اما گرمای تابش شده توسط سیاره را نیز جذب می‌کنند و آن را در پایین‌تر جو به دام می‌اندازند. بسته به نوع و محل ابرها، آنها می توانند محیط اطراف را گرم یا خنک کنند.
آئروسل ها مجموعه پیچیده ای از تأثیرات مختلف بر روی سیاره دارند و انسان ها به طور مستقیم بر حضور، کمیت و توزیع آنها تأثیر گذاشته اند. و در حالی که تأثیرات آب و هوا پیچیده و متغیر است، پیامدهای آن برای سلامت انسان واضح است: هر چه ذرات ریز در هوا بیشتر باشد، به سلامت انسان آسیب بیشتری می‌زند.