Små luftbårne partikler fra naturbrande har konsekvenser for klimaændringer

Skovbrande er udbredt over hele kloden. De forekommer på steder, hvor planter er rigelige - såsom de rasende brande, der i øjeblikket brænder i den brasilianske Amazonas. Sådan biomasseforbrænding (BB) kan være en miljøkatastrofe.

Røgen fra BB -begivenheder producerer store mængder aerosolpartikler og gasser. Disse emissioner kan forårsage store problemer for synlighed og sundhed, såvel som for lokalt og globalt klima.

BB -emissioner forventes at stige i fremtiden som følge af klimaændringer. Tarballs, som er mikroskopiske organiske BB -partikler, skønnes at bidrage med op til 30% af BB -aerosolmassen. Fordi tarballer er en dominerende, lysabsorberende type aerosolpartikel i BB-røg, forståelse for deres indflydelse på klimaet er afgørende. Men detaljer om, hvordan de danner og påvirker klimaændringer, har været uklare.

Seniorforsker Kouji Adachi, arbejder i øjeblikket på Meteorological Research Institute i Tsukuba, Japan, var en postdoktoral forskningsassistent fra 2005 til 2011 med professor Peter Buseck fra Arizona State University's School of Molecular Sciences og School of Earth and Space Exploration.

Deres arbejde vakte opmærksomhed fra kolleger fra Department of Energy's Brookhaven National Lab i Upton, New York. Hovedforskere, Arthur Sedlacek III og Lawrence Kleinman, med støtte fra programmet Atmospheric Sciences, planlagde feltkampagnen Biomass Burning Operational Period (BBOP), hvor et instrumenteret fly ville måle hurtige kemiske ændringer i røg ved brande.

Sedlacek og Kleinman henvendte sig til Buseck om deltagelse i BBOP, da prøveudtagningsstrategien gav et ideelt laboratorium på himlen til at studere tarballdannelse.

Resultaterne, udgivet online den 5. september, er i en Procedurer fra National Academy of Sciences papir med titlen "Sfæriske tarballpartikler dannes gennem hurtige kemiske og fysiske ændringer af organisk stof i biomasse-brændende røg."

Holdets observationer viser, at tarballer dannes gennem en kombination af kemiske og fysiske ændringer af organiske aerosoler, der dannes inden for de første timer efter røgproduktion.

"Jeg er så glad for, at tarballer, emnet for dette papir, blev første gang rapporteret i 2003 -papirer, hvor en ASU kemi kandidatstuderende, Li Jia, og postdoktoral forskningsassistent, Mihaly Posfai, var store bidragydere; derfor havde School of Molecular Sciences og School of Earth and Space Exploration en vigtig rolle, sagde Buseck.

Buseck, en professor i ASU Regents, bliver også tildelt Roebling -medaljen 2019 i denne måned, den højeste pris fra Mineralogical Society of America for fremragende original forskning inden for mineralogi.

"Denne undersøgelse af tarballpartikler og de mulige virkninger på klimaændringer viser yderligere bredden og mangfoldigheden i Busecks forskning, "sagde School of Earth and Space Exploration Director Meenakshi Wadhwa." Fra solid-state geokemi og mineralogi, til atmosfærisk geokemi, til kosmokemi, han viser sig hele tiden at være en pioner inden for sit område. "

"Peter Buseck og hans gruppe har udviklet brugen af ​​transmissionselektronmikroskopi til at studere mineraler, meteoritter og aerosolpartikler på en enestående interessant måde, "sagde professor Neal Woodbury, direktør for School of Molecular Sciences. "Hans teams nuværende resultater om tarballdannelse er et godt eksempel og vil betydeligt forbedre vurderinger af biomasseforbrændingseffekter på regionalt og globalt klima."

Tarballer, der blev brugt i denne undersøgelse, blev indsamlet fra store naturbrande, der blev udtaget under BBOP -kampagnen i sommeren 2013 i det nordvestlige USA. Ved hjælp af et Gulfstream-1 forskningsfly, holdet indsamlede aerosolpartikler ved brande ved gentagne flyvninger gennem røgfyr. Former og kompositioner på mere end 10, 000 partikler blev målt ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi, med detaljeret kemisk analyse af tarballer udført ved hjælp af scanningstransmission røntgenspektroskopi.

Analysen afslører, at andelen af ​​aerosolpartikler, der er tarballer, stiger med partikelalderen. Ud over, tarball -forholdet mellem nitrogen og ilt i forhold til kalium, og partikelrundhed, øges også med partikelalderen.

Sammenfattende, BB -emissioner inklusive tarballer forventes at stige i de kommende årtier som følge af klimaændringer. Denne undersøgelse afslører deres dannelsesproces gennem kemiske og mikrofysiske analyser. Resultaterne kan bruges til at forbedre fortolkningen af ​​BB-røg fra satellitdata og jordbaserede observationer ved at overveje tarballform, viskositet og sammensætningsændringer under ældning og for at give bedre estimater af deres virkninger i klimamodeller.