Ny, hurtig mekanisme til atmosfærisk partikeldannelse

Forskere fra Carnegie Mellon University, der arbejder med et internationalt hold af forskere, har opdaget en hidtil ukendt mekanisme, der tillader atmosfæriske partikler at dannes meget hurtigt under visse forhold. Forskningen, som blev offentliggjort i tidsskriftet Natur , kunne hjælpe bestræbelserne på at modellere klimaændringer og reducere partikelforurening i byer.

"De eneste reelle usikkerheder i vores forståelse af klimaet i atmosfæren har at gøre med fine partikler og skyer, hvordan disse har ændret sig over tid, og hvordan de vil reagere på klimaændringer, " sagde Neil Donahue, Thomas Lord University professor i kemi og professor i afdelingerne for Kemiteknik, og teknik og offentlig politik.

Antallet af partikler i atmosfæren på et givet tidspunkt kan have store effekter lokalt og globalt, herunder at bidrage til usund smog i byer og påvirke Jordens klima. Imidlertid, partikler skal nå en vis størrelse - omkring 100 nanometer i diameter - for at bidrage til disse effekter, Donahue bemærkede.

Hvis partikler ikke når den størrelse, de bliver hurtigt indlemmet i andre, større partikler. Det betyder, at man ville forvente, at der skabes få nye partikler i forurenede bymiljøer, hvor luften allerede er fuld af større partikler, der kan sluge små, nye partikler. Alligevel er ny partikeldannelse relativt almindelig i disse miljøer, som det tydeligt ses, når disen hurtigt reformeres efter nedbør i byer rundt om i verden.

Donahue mener, at svaret på det mysterium kan ligge i denne nye forskning. "Vi fandt en ny måde, hvorpå små kerneholdige partikler i atmosfæren hurtigt kan vokse op til at blive store nok til at påvirke klima og sundhed, " han sagde.

Donahues laboratoriegruppe har længe været en del af CLOUD-eksperimentet, et internationalt samarbejde mellem forskere, der bruger et særligt kammer på CERN i Schweiz til at studere, hvordan kosmiske stråler påvirker dannelsen af ​​partikler og skyer i atmosfæren. Kammeret giver forskere mulighed for præcist at blande dampholdige forbindelser og observere, hvordan partikler dannes og vokser fra dem.

I dette studie, designet af Carnegie Mellon kemi doktorgradskandidat Mingyi Wang, CLOUD-teamet kondenserede salpetersyre- og ammoniakdampe over en lang række temperaturer og fandt ud af, at de resulterende nye partikler kan vokse 10 til 100 gange hurtigere end tidligere observeret, giver dem mulighed for at nå størrelser, der er store nok til at undgå at blive forbrugt af andre partikler. Forbindelsen dannet af disse to dampe, ammoniumnitrat (en almindelig gødning), var tidligere kendt for at være en bidragyder til atmosfærisk forurening inden for større partikler, men dens rolle i at hjælpe små partikler med at vokse var ikke kendt.

"Dette kan hjælpe med at forklare, hvordan kerneholdige partikler vokser op i forurenede byforhold i megabyer, hvilket har været et stort puslespil, samt hvordan de dannes i de øvre dele af atmosfæren, hvor de kan have en stærk klimaeffekt, "Forklarede Donahue. Holdet arbejder nu på at studere, hvordan denne mekanisme udspiller sig i Jordens øvre atmosfære.

For Wang, der fungerede som medleder af undersøgelsen, denne forskning har rødder i hans store ønske om at forstå luftforurening. Efter et bachelor-forskningsprojekt, hvor han fik prøvet og analyseret PM2.5, Wang besluttede at fortsætte i dette forskningsfelt for bedre at udforske, hvordan disse små partikler kan have så stor en indvirkning på planeten, og hvordan den påvirkning kunne afhjælpes.

"Jeg indså, at de atmosfæriske partikler aldrig har været et simpelt luftkvalitetsproblem, som kun Asien skal håndtere, " sagde Wang. "Snarere de er en global udfordring på grund af deres sundheds- og klimaeffekter."