Открыт новый химический путь образования частиц загрязнения воздуха

Загрязняющие вещества образуются как из природных, так и из антропогенных источников. Автор: NASA

Учёные обнаружили ранее неизвестный химический путь, играющий важную роль в образовании частиц загрязнения воздуха в средах, подверженных влиянию как природных, так и антропогенных выбросов. Это открытие может изменить понимание процессов, влияющих на качество воздуха и климат.

Профессор Шаньху Ли из Университета Алабамы в Хантсвилле возглавила исследование, опубликованное в Geophysical Research Letters. Оно показало, что оксигенированные органосульфаты — класс серосодержащих органических соединений — могут формироваться непосредственно в газовой фазе и выступать мощными «зародышами» для образования новых частиц в атмосфере. Эти частицы могут вырастать в мелкодисперсные аэрозоли, влияющие на образование облаков, качество воздуха, здоровье человека и климат.

«Это исследование представляет собой прорыв в науке об аэрозолях», — говорит Ли. — «Будущие исследования будут сосредоточены на том, как эти процессы влияют на качество воздуха в городах и как новые источники выбросов могут дополнительно влиять на образование частиц».

Неожиданное открытие

Открытие было сделано в ходе лабораторных экспериментов, имитирующих лесные массивы США, на которые часто влияет перенос антропогенного загрязнения на большие расстояния.

«Мы изначально не планировали изучать оксигенированные органосульфаты, — объясняет Ли. — Во время экспериментов мы неожиданно наблюдали, что смешение биогенных соединений с озоном и диоксидом серы производит оксигенированные органосульфаты в газовой фазе. Это было удивительно, поскольку считалось, что органосульфаты образуются в основном в частицах».

Подтверждение с помощью квантовой химии

Чтобы проверить возможность такого газофазного образования, Ли сотрудничала с командой доктора Йонаса Эльма из Орхусского университета в Дании. Используя передовые квантово-химические расчёты, исследователи выявили ранее неизвестный, не имеющий энергетического барьера путь реакции, который позволяет оксигенированным органосульфатам формироваться непосредственно из обычных атмосферных соединений.

С помощью современных масс-спектрометров команда Ли обнаружила более 200 различных газофазных оксигенированных органосульфатов. Было установлено, что эти соединения вносят значительный вклад в нуклеацию аэрозолей — критически важный первый шаг в образовании новых частиц.

Значение для качества воздуха

Это открытие бросает вызов устоявшемуся предположению, что образование аэрозолей является результатом независимого вклада отдельных химических предшественников, таких как серная кислота или органические молекулы.

«Традиционно образование аэрозолей рассматривалось как раздельный вклад разных предшественников, — говорит Ли. — Наше исследование показывает, что эти предшественники могут химически реагировать друг с другом, образуя совершенно новые соединения. Мы идентифицировали оксигенированные органосульфаты как новый, ранее не признанный класс предшественников нуклеации аэрозолей, которые не включены в большинство современных моделей».

Актуальность и будущие исследования

Понимание этих взаимодействий особенно важно, поскольку большинство реальных сред содержат смесь биогенных и антропогенных выбросов.

«Чисто биогенные или чисто антропогенные среды в реальной атмосфере встречаются довольно редко, — отмечает Ли. — Городские районы по-прежнему содержат значительные природные выбросы от растительности, а на лесные регионы часто влияет загрязнение, переносимое на большие расстояния».

Исследовательница также указала, что многие города, такие как Атланта и Хьюстон, испытывают высокое загрязнение диоксидом серы от близлежащих электростанций, одновременно имея сильные биогенные выбросы от растительности.

В будущей работе будет изучено, как лимонен (из средств личной гигиены и чистящих средств), озон и диоксид серы взаимодействуют с образованием оксигенированных органосульфатов в городской среде. Это исследование будет иметь решающее значение для улучшения понимания качества воздуха в городах по мере роста выбросов из этих новых источников.

Источник: University of Alabama in Huntsville