Исследователи из Института Пола Шеррера (PSI) разработали новый метод более точного анализа твердых частиц, чем когда-либо прежде. Используя его, они опровергли устоявшуюся доктрину: молекулы в аэрозолях не подвергаются дальнейшим химическим превращениям, поскольку они заключены в другие взвешенные частицы.
В специальной камере PSI ученые анализировали химические соединения непосредственно в аэрозолях и наблюдали, как молекулы диссоциировали и таким образом выпускали газообразную муравьиную кислоту в атмосферу. Эти результаты помогут улучшить понимание глобальных процессов, связанных с образованием облаков и загрязнением воздуха, а также усовершенствовать соответствующие модели.
Знакомый запах соснового леса вызван α-пиненом. Это одно из летучих органических соединений в маслах хвойных деревьев, а также оно встречается в эвкалипте и розмарине. Запах вызывает приятные ощущения у большинства людей.
Менее приятным является то, что под воздействием радикалов соединение превращается в другие соединения в атмосфере, так называемые сильно окисленные органические молекулы. Некоторые из них являются реактивными и в некоторой степени вредными веществами. Они только недавно подверглись исследованию и их роль в формировании облаков еще не понята.
Эти сильно окисленные органические молекулы являются менее летучими, чем исходное вещество α-пинен, и поэтому легко конденсируются. Вместе с частицами пыли и другими твердыми и жидкими веществами в воздухе они образуют то, что мы называем твердыми частицами или аэрозолями.
«До сих пор считалось, что такие молекулы защищены от дальнейших превращений после попадания в твердые частицы», — говорит Андре Прево из Лаборатории химии атмосферы при PSI. «Считалось, что тогда они больше не изменятся, а просто распространятся по атмосфере и в конечном итоге пойдут дожди».
Однако это широко распространенное мнение не соответствует действительности, как показали исследователи из PSI: «Реакции продолжаются даже в твердых частицах». Молекулы остаются реакционноспособными и либо реагируют друг с другом с образованием более крупных частиц, либо диссоциируют, выделяя, например, муравьиную кислоту. Это общее соединение встречается не только в муравьях и крапиве, но и в атмосфере, где оно является важным показателем загрязнения воздуха.
Наблюдения исследователей PSI должны помочь улучшить имитационные модели, например, для образования облаков и загрязнения воздуха. Ученые моделируют то, что происходит в атмосфере, чтобы предсказать, например, как сокращение определенных выбросов повлияет на качество воздуха.
«On the fate of oxygenated organic molecules in atmospheric aerosol particles» Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/content/6/11/eaax8922