Исследователи Университета Карнеги-Меллона, работающие с международной группой ученых, обнаружили ранее неизвестный механизм, который позволяет атмосферным частицам очень быстро формироваться при определенных условиях. Исследование, опубликованное в журнале Nature, может помочь в моделировании изменения климата и уменьшении загрязнения городов частицами.
«Единственная реальная неопределенность в нашем понимании климата в атмосфере связана с мелкими частицами и облаками, с тем, как они изменились с течением времени и как они будут реагировать на изменение климата», - сказал Нил Донахью, Университет Томаса Лорда. Профессор химии и профессор факультетов химической инженерии, инженерии и государственной политики.
Количество частиц в атмосфере в любой момент времени может иметь серьезные последствия на местном и глобальном уровнях, в том числе способствовать образованию нездорового смога в городах и влиять на климат Земли. Однако частицы должны достигать определенного размера - около 100 нанометров в диаметре - чтобы способствовать этим эффектам, отметил Донахью.
Если частицы не достигают такого размера, они быстро поглощаются другими, более крупными частицами. Это означает, что в загрязненной городской среде, где воздух уже полон более крупными частицами, которые могут поглотить новые мелкие частицы, можно было бы ожидать образования небольшого количества новых частиц. Тем не менее, образование новых частиц является относительно распространенным явлением в этих средах, что ясно видно, когда дымка быстро восстанавливается после дождя в городах по всему миру.
Донахью считает, что ответ на эту загадку может заключаться в новом исследовании. «Мы нашли новый способ для крошечных ядерных частиц в атмосфере быстро расти и становиться достаточно большими, чтобы влиять на климат и здоровье», - сказал он..
Лабораторная группа Донахью уже давно участвует в эксперименте CLOUD, международном сотрудничестве ученых, которые используют специальную камеру в ЦЕРНе в Швейцарии для изучения того, как космические лучи влияют на формирование частиц и облаков в атмосфере. Камера позволяет исследователям точно смешивать парообразные соединения и наблюдать, как из них формируются и растут частицы.
В этом исследовании, разработанном докторантом химии Карнеги-Меллона Мингьи Ван, команда CLOUD конденсировала пары азотной кислоты и аммиака в широком диапазоне температур и обнаружила, что полученные новые частицы могут расти в 10-100 раз быстрее, чем раньше. наблюдается, что позволяет им достигать размеров, достаточно больших, чтобы избежать поглощения другими частицами. Ранее было известно, что соединение, образующееся из этих двух паров, нитрат аммония (обычное удобрение) способствует загрязнению атмосферы более крупными частицами, но его роль в содействии росту крошечных частиц была неизвестна.
Это может помочь объяснить, как зародышевые частицы растут в загрязненных городских условиях в мегаполисах, что было большой загадкой, а также как они формируются в верхних слоях атмосферы, где они могут иметь сильный климатический эффект», - объяснил Донахью. Сейчас команда работает над изучением того, как этот механизм работает в верхних слоях атмосферы Земли.
Для Вана, который был одним из руководителей исследования, это исследование уходит корнями в его сильное желание понять загрязнение воздуха. После исследовательского проекта бакалавриата, в ходе которого он взял пробы и проанализировал PM2,5, Ван решил продолжить исследования в этой области, чтобы лучше изучить, как эти маленькие частицы могут оказывать такое большое влияние на планету и как это воздействие можно исправить.
«Я понял, что эти атмосферные твердые частицы никогда не были простой проблемой качества воздуха, с которой приходится иметь дело только Азии», - сказал Ван. «Скорее, они представляют собой глобальную проблему из-за их воздействия на здоровье и климат».