Пока Китай изо всех сил пытается найти способы избавиться от ядовитой дымки, которая задерживается над Пекином и другими городами зимой, исследователи из Технологического института Джорджии поставили под сомнение одну предполагаемую причину: высокий уровень аммиака в воздухе.
Загрязнение воздуха в зимнее время привлекло внимание научного сообщества в последние годы, что побудило некоторых ученых предположить, что аммиак, выбрасываемый в воздух в результате сельскохозяйственной деятельности и автомобилей, может быть прекурсором, сильно способствующим образованию дымки..
Исследователи Технологического института Джорджии опровергли эту теорию в исследовании, опубликованном 21 сентября в журнале Scientific Reports. Исследование спонсировалось Национальным научным фондом.
«Поскольку Китай и другие страны изучают способы уменьшения загрязнения воздуха, важно понимать химию, лежащую в основе образования этой дымки», - сказал Родни Вебер, профессор Технологического института Земли и атмосферы Джорджии. «Мы обнаружили, что атмосферный аммиак не является серьезной причиной таких условий в воздухе, как предполагалось».
Исследователи использовали передовое компьютерное моделирование, чтобы изучить химию того, как диоксид серы и оксид азота - два газа, выбрасываемых в атмосферу электростанциями, работающими на угле, и другими видами сжигания ископаемого топлива - взаимодействуют с образованием сульфатного аэрозоля, одной из основных причин тумана, который может нанести ущерб здоровью человека и экосистемы.
«Обычно сульфатный аэрозоль образуется в результате химической реакции, которая окисляет диоксид серы с образованием частиц сульфата», - сказал Афанасиос Ненес, профессор и научный сотрудник факультета Джонсона в Школе наук о Земле и атмосфере и Школе химических и Биомолекулярная инженерия.«В этом процессе вода поглощается сульфатом по мере его образования и делает частицу очень кислой, что перекрывает определенные пути для дальнейшего образования сульфата».
Некоторые ученые недавно предположили, что высокий уровень содержания аммиака в Пекине, который является основанием или находится на противоположной стороне шкалы кислотности, может нарушить нормальный процесс образования сульфатов, удерживая частицы нейтральными достаточно долго для образования гораздо более высоких концентраций сульфат через новый химический путь.
Исследователи из Технологического института Джорджии проверили эту теорию с помощью компьютерной модели, которая выполнила термодинамическое моделирование аэрозольных условий над городами на Восточно-Китайских равнинах. Исследователи проверили многочисленные атмосферные сценарии, изменив смесь аэрозолей, газов и метеорологических условий несколькими способами. Соответственно, модель показала, что повышенный уровень аммиака относительно мало влияет на кислотность частиц загрязняющих веществ. Даже 10-кратное увеличение содержания аммиака по сравнению с нормальными условиями сделало аэрозоль лишь незначительно - всего на одну единицу рН - менее кислым. Эффект был справедлив и в обратном направлении; снижение аммиака в 10 раз сделало воздух лишь немного более кислым. Исследователи пришли к выводу, что даже при очень высоком уровне содержания аммиака в Пекине частицы остаются слишком кислыми, чтобы сульфатная дымка могла образовываться в результате предлагаемого нового пути.
«Если аммиак играет большую роль в производстве сульфатов, усилия по его контролю могут иметь широкомасштабные последствия, такие как рассмотрение ограничения сельскохозяйственной деятельности для уменьшения загрязнения воздуха такого рода», - сказал Вебер. «Но мы показываем, что в данном случае это, вероятно, будет в значительной степени неэффективным».
Исследователи обнаружили, что умеренно кислый воздух над Пекином может способствовать высокой скорости окисления диоксида серы за счет взаимодействия с переходными металлами, такими как железо, медь и марганец, выбрасываемыми в воздух из местных источников, таких как автомобильные тормоза, летучая зола и минеральная пыль, которая может быть еще одним важным фактором экстремального загрязнения и источником сильной токсичности частиц.
Другие исследователи из Технологического института Джорджии связывают сильную дымку в Китае в последние годы с изменением погодных условий в результате изменения климата.
«Контроль за выбросами аммиака в целом, кажется, является предлагаемой стратегией для смягчения проблем с качеством воздуха во многих регионах земного шара, но наша работа показывает, что это не обязательно самый рентабельный путь», - сказал Ненес. «Вы, конечно, не хотите игнорировать выбросы аммиака, но могут быть другие способы получить наибольшую отдачу с точки зрения улучшения качества воздуха, например, ограничение выбросов диоксида серы и оксидов азота от электростанций, работающих на угле».