Загрязнители скрываются внутри частиц для дальних путешествий

Загрязнение от сжигания ископаемого топлива и лесных пожаров достигает даже Арктики, хотя должно распадаться задолго до этого. Лабораторные исследования объяснили механизм этого процесса: загрязняющие вещества не переносятся на поверхности частиц, а "прячутся" внутри них, защищенные от воздействия окружающей среды. Эти результаты помогут ученым улучшить модели качества атмосферного воздуха и переноса загрязнений.

Исследование, опубликованное в Environmental Science & Technology, также показывает, что сами частицы, состоящие в основном из природных молекул, выделяемых растениями или при горении, дольше сохраняются, когда внутри них находится загрязнитель. Речь идет о полициклических ароматических углеводородах (ПАУ), токсичность которых регулируется природоохранными агентствами.

"То, что мы узнали в ходе фундаментальных исследований на модельных системах в лаборатории, имеет очень важные последствия для дальнего переноса загрязняющих веществ в реальном мире", — заявила физикохимик Алла Зеленюк из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США (PNNL). Результаты демонстрируют, что частицы становятся защитным "сосудом" для транспортировки ПАУ.

Ученые десятилетиями пытались объяснить, как атмосферные частицы переносят вредные загрязнители в нетронутые среды за тысячи километров. Концентрации загрязнителей в частицах, собранных в таких районах, как Арктика, также выше, чем предсказывают компьютерные модели. Прогнозы основаны на предположении, что частицы подобны жидким сферам, текучесть которых позволяет ПАУ улетучиваться.

Используя сверхчувствительный инструмент SPLAT II, способный анализировать миллионы частиц по отдельности, Зеленюк и ее коллеги ранее обнаружили, что вторичные органические аэрозоли (ВОА) вовсе не жидкие, а больше похожи на смолу — вязкие сгустки. В новом эксперименте они создали частицы ВОА из альфа-пинена (молекула, придающая запах соснам) вместе с ПАУ пиреном.

Когда пирен наносили на поверхность уже готовых частиц, он полностью испарялся за 4 часа, а сама частица за сутки уменьшалась на 70%. Однако когда частицы формировались в присутствии обоих веществ, 50% пирена оставалось внутри даже через 24 часа, а частица теряла менее 20% объема. Это показало, что ПАУ оказываются "в ловушке" внутри высоковязких частиц ВОА, где защищены от окружающей среды. Возникает симбиотическая связь: ВОА помогают ПАУ путешествовать, а ПАУ помогают ВОА дольше сохраняться.