Forskere afdækker nøglereaktioner, der påvirker væksten af ​​potentielt skadelige partikler i atmosfæren

Luftkvalitetsadvarsler inkluderer ofte niveauerne af partikler, små klumper af molekyler i den nedre atmosfære, der kan variere i størrelse fra mikroskopisk til synlig. Disse partikler kan bidrage til dis, skyer, og tåge og kan også udgøre en sundhedsrisiko, især dem i den mindre ende af spektret. Partikler kendt som PM10 og PM2.5, henviser til klumper, der er 2,5 til 10 mikrometer i størrelse, kan indåndes, muligvis skade hjertet og lungerne.

Denne uge, en gruppe ledet af forskere fra University of Pennsylvania i samarbejde med et internationalt team rapporterer om en ny faktor, der påvirker partikeldannelse i atmosfæren. Deres analyse, offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences , fandt ud af, at alkoholer som methanol kan reducere partikeldannelse ved at indtage en af ​​processens vigtigste ingredienser, svovltrioxid (SO ₃ ).

"Lige nu, vi er alle bekymrede for PM2.5 og PM10, fordi disse har nogle reelle luftkvalitets- og sundhedsmæssige konsekvenser, "siger Joseph S. Francisco, en tilsvarende forfatter på papiret og en atmosfærisk kemiker i Penn's School of Arts and Sciences. ”Spørgsmålet har været, Hvordan undertrykker du dannelsen af ​​denne slags partikler? Dette arbejde giver faktisk en meget vigtig indsigt, for første gang, til, hvordan du kan undertrykke partikelvækst. "

"Vi og andre har studeret denne proces med, hvordan partikler vokser, så vi bedre kan forstå vejret og de sundhedsmæssige konsekvenser, "siger Jie Zhong, en postdoktor ved Penn og medlederforfatter af værket. "Tidligere troede folk, at alkoholer ikke var vigtige, fordi de interagerer svagt med andre molekyler. Men alkoholer tiltrak vores opmærksomhed, fordi de er rigelige i atmosfæren, og vi fandt ud af, at de faktisk spiller en væsentlig rolle i at reducere partikeldannelse. "

Op til dette arbejde, Zhong og kolleger havde været fokuseret på forskellige reaktioner, der involverede SO ₃ , som kan opstå på grund af forskellige former for forurening, såsom afbrænding af fossile brændstoffer. Når det kombineres med vandmolekyler, SÅ ₃ danner svovlsyre, en vigtig bestanddel af sur regn, men også et af de vigtigste "frø" til voksende partikler i atmosfæren.

Kemikere vidste, at alkoholer ikke er meget "klæbrige, "danner kun svage interaktioner med SO ₃ , og havde dermed afvist det som en vigtig bidragyder til partikeldannelse. Men da Zhong og kolleger kiggede nærmere på, ved hjælp af kraftfulde beregningsmæssige kemimodeller og molekylære dynamiksimuleringer, de indså det SÅ ₃ kunne faktisk reagere med alkoholer som methanol, når der er meget af det i atmosfæren. Det resulterende produkt, methylhydrogensulfat (MHS), er klistret nok til at deltage i partikeldannelsesprocessen.

"Fordi denne reaktion omdanner alkoholer til mere klæbrige forbindelser, "siger Zhong, "oprindeligt troede vi, at det ville fremme partikeldannelsesprocessen. Men det gør det ikke. Det er den mest interessante del. Alkoholer indtager eller konkurrerer om SO ₃ så mindre af det er tilgængeligt for at danne svovlsyre. "

Selvom reaktionen mellem methanol og SO ₃ kræver mere energi, forskerne fandt ud af, at MHS selv, ud over svovlsyre og vand, kunne katalysere methanolreaktionen.

"Det var en interessant del for os, at finde ud af, at MHS kan katalysere sin egen dannelse, "siger Francisco." Og det, der også var unikt ved dette værk, og hvad der overraskede os, var virkningen af ​​effekten. "

Francisco og Zhong bemærker, at under tørre og forurenede forhold, når alkoholer og SO ₃ er rigelige i atmosfæren, men vandmolekyler er mindre tilgængelige, denne reaktion kan spille en særlig vigtig rolle i at reducere partikeldannelseshastigheden. Alligevel anerkender de også, at MHS, produktionen af ​​methanol-SO ₃ reaktion, har også været forbundet med negative sundhedsmæssige konsekvenser.

"Det er en balance, "siger Zhong." På den ene side reducerer denne reaktion nye partikeldannelser, men på den anden side producerer den et andet produkt, der ikke er særlig sundt. "

Hvad den nye indsigt i partikeldannelse giver, imidlertid, er information, der kan drive mere præcise modeller for luftforurening og endda vejr og klima, siger forskerne. "Disse modeller har ikke været særlig præcise, og nu ved vi, at de ikke inkorporerede denne mekanisme, der ikke tidligere blev anerkendt, "Siger Zhong.

Som et næste trin, forskerne undersøger, hvordan koldere forhold, involverer sne og is, påvirke dannelse af nye partikler. "Det er meget passende, fordi vinteren kommer." Siger Francisco.