Ny kemi opstår, når støv møder forurening

Det er en ny kemi fundet at finde sted i en skydråbe, en våd aerosol eller på overfladen af ​​en støvpartikel. Det eneste, der skal til for at komme i gang, er naturlige begivenheder som støvstorme, havbølgevirkning, vulkanudbrud og skovbrande, som øger mængden af ​​aerosoler i atmosfæren.

Effekten af ​​aerosoler på klimaet kan konkurrere med opvarmningen af ​​CO₂ men afhænger af den kemiske sammensætning. Måling af aerosolers størrelse og "farve", og hvordan de ændrer sig med tiden, hjælper således forskerne med at vurdere deres klimaeffekt. Disse egenskaber ændres, fordi aerosoler giver overflader til vandoptagelse og kemiske reaktioner. Aerosoler påvirker også skydannelse og levetid, og afhængigt af hvor høje skyer er, kan de forårsage opvarmning eller afkøling.

På grund af deres forskellige kilder er atmosfæriske aerosoler kemisk komplekse. De indeholder salte, organiske stoffer og overgangsmetaller. Sidstnævnte stammer fra mineralstøv, og jern er det mest allestedsnærværende overgangsmetal i disse partikler.

Plumer af mineralstøv i atmosfæren blandes med biomassebrændende røg under langtransport efter forureningshændelser. Noget af det organiske kulstof i biomassebrændende røg er tilbøjelig til oxidation og kompleksdannelse med jern. Effektiviteten og arten af ​​produkter fra disse reaktioner, der finder sted under simulerede aerosol- og skyforhold, forbliver dog åbne forskningsspørgsmål.

I en nylig publikation i Communications Chemistry , et internationalt samarbejde ledet af Hind Al-Abadleh fra Wilfrid Laurier University, Marcelo Guzman fra University of Kentucky og Akua Asa-Awuku fra University of Maryland fokuserede på at studere stort set uudforskede reaktioner af jern med aminophenoler. Forskningen undersøgte omhyggeligt aminophenolernes rolle i dannelsen af ​​farvet nitrogenholdigt organisk kulstof.

Aminophenoler er eksempler på nitrogenholdigt organisk kulstof, en vigtig klasse af brunt kulstof, hvis bidrag til klimapåvirkning og aerosol-sky-interaktioner fortsat er en stor kilde til usikkerhed i klimamodeller på grund af deres kemiske kompleksitet og variable kilder. Disse aromatiske aminer er blevet påvist i gasfasen og ultrafine partikler fra industrielle emissioner og fra reduktion af nitrobenzener og nitrophenoler fra biomasseafbrænding.

De nye resultater i denne publikation viser bemærkelsesværdig effektiv dannelse af mørkebrune til sorte sodlignende og vandopløselige produkter under atmosfærisk-relevante forhold.

Disse produkter er oligomerer indeholdende 2-4 benzenringe med nitrogen- og hydroxylsubstituenter fra den abiotiske jernkatalyserede oxidation af aminophenolerne. Reaktionerne blev undersøgt i homogene (dvs. vandig fase) og heterogene systemer (dvs. væske/faststof-grænseflade) under anvendelse af Arizona-teststøv. Det blev fundet, at hygroskopiciteten af ​​reaktionsprodukterne er højere end for levoglucosan, en fremtrædende proxy for biomasseforbrænding af organisk aerosol. Den progressive mørkfarvning af Arizona-teststøv med reaktionstid blev også rapporteret, med klare ændringer i optiske egenskaber, morfologi, blandingstilstand og kemisk sammensætning.

Metalkatalyseret kemi er en dårligt forstået gren af ​​atmosfæriske videnskaber på trods af den udbredte tilstedeværelse af jern og andre overgangsmetaller i partikler, i sky- og tågedråber og på naturlige og konstruerede overflader udsat for luften. Undersøgelsen fremhæver oversete veje, der fører til transformation af atmosfæriske aromatiske aminer i jernholdige støvsystemer.

Disse transformationer påvirker skykondensationskernedannelseseffektiviteten af ​​multikomponent aerosolpartikler og ændrer aerosolernes fysisk-kemiske egenskaber. Disse potentielt vigtige veje er i øjeblikket ikke redegjort for i klima- og atmosfæriske kemiske modeller, og derfor vil vores resultater hjælpe med at udfylde hullet i vores forståelse af kemien af ​​jern i aerosoler med forskellige grader af atmosfærisk behandling. + Udforsk yderligere

Ældre naturbrandrøgfaner kan stadig påvirke klimaet