Исследователи под руководством Нила М. Донахью из Университета Карнеги-Меллона показали, что полулетучие органические соединения могут легко диффундировать в миллиарды мельчайших атмосферных частиц, населяющих воздух, легко перемещаясь среди них. Выводы, опубликованные в первом онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), позволяют лучше понять, как органические частицы ведут себя в атмосфере.
В воздухе полно микроскопических частиц, переносимых по воздуху, называемых аэрозолями. Аэрозоли могут поступать из естественных источников, таких как пожары или морские брызги, или из искусственных источников, таких как выбросы автомобилей и электростанций. Когда аэрозольные частицы проходят через атмосферу, они сталкиваются с другими популяциями частиц и химически эволюционируют, в результате чего образуется густой суп из окисленного органического вещества. Хотя многие атмосферные частицы изначально слишком малы, чтобы влиять на климат, по мере их роста их способность влиять на климат увеличивается. Понимание того, как эти частицы изменяются, имеет решающее значение для понимания того, как они влияют на окружающую среду и здоровье человека.
По мере того, как частицы растут и путешествуют по атмосфере, они собирают материал, называемый вторичным органическим аэрозолем (SOA). Большая часть SOA состоит из полулетучих органических соединений (SVOC), которые могут диффундировать в частицы - переходя от одной частицы к газовой фазе и переходя к другой частице.
Недавно возникли разногласия относительно того, способны ли SVOC диффундировать в «стекловидные» атмосферные частицы. Если SVOC не могут диффундировать в эти частицы, они не будут конденсироваться на них, что замедлит скорость роста частиц.
Наша работа показывает, что некоторые частицы немного хрустят, когда они сухие - они стеклообразные - но становятся липкими, когда намокают; в большинстве условий полулетучие соединения довольно легко диффундируют в частицы, - сказал Донахью, лорд-профессор химии Меллонского колледжа наук и профессор химического машиностроения, инженерии и государственной политики Инженерного колледжа. Донахью также является членом Центра изучения атмосферных частиц (CAPS) Университета Карнеги-Меллона, который является лидером в изучении химии атмосферных частиц и завершил новаторские исследования, раскрывающие, как эти атмосферные частицы меняются со временем.
В текущем исследовании студентка докторантуры по химии Цин Е использовала масс-спектрометрию отдельных частиц, чтобы увидеть, диффундируют ли SVOC из одной группы частиц в другую, увеличивая сложность частиц. Йе рассмотрел два разных типа вторичных органических аэрозолей, образующихся при окислении органических газов: альфа-пинен, молекула, выделяемая соснами, и толуол, ароматический углеводород в бензине, который также часто используется в качестве растворителя или в производстве промышленных материалов. Она объединила две популяции частиц, одна из которых была помечена изотопом, и измерила популяцию с течением времени. В альфа-пиненовых частицах изотопы из меченых частиц легко испаряются в немеченые частицы. Частицы толуола также легко диффундировали, но только при относительной влажности выше 30 процентов.
Выводы показывают, что SVOC могут перемещаться между атмосферными частицами, но условия, при которых они могут перемещаться, зависят от исходного источника частиц.