Как частицы морского аэрозоля эволюционируют в атмосфере

Учёные из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) установили, что после попадания в атмосферу частицы морского аэрозоля быстро покрываются углеродосодержащими (органическими) химическими веществами из антропогенных и природных источников, что заставляет их эволюционировать. С помощью методов химической визуализации было обнаружено, что при повышении температуры и влажности внутри частиц происходят реакции с образованием органических солей. Охлаждённые частицы с такими солями превращаются в стеклообразные комки.

Это исследование помогает понять, как биогенные выбросы, промышленность, транспорт, энергетика и другие процессы сгорания могут влиять на химию морских аэрозолей вблизи океанов. Точные модели атмосферных процессов, такие как взаимодействие частиц с облаками, необходимы для разработки природоохранной политики. Данная работа предоставляет моделям информацию о составе и структуре ключевых частиц, повышая их точность и помогая в разработке эффективных стратегий смягчения последствий и адаптации к изменениям в атмосфере.

«Реакции, которые происходят, в некотором смысле контр-интуитивны. Если бы вы проводили аналогичные реакции в колбе, вы бы не увидели, как они протекают, — отметил доктор Александр Ласкин, химик из PNNL, руководивший исследованием. — Но в крошечных частицах термодинамические правила несколько иные, что позволяет реакциям идти». Используя комплементарные подходы, включая рентгеновскую микроспектроскопию на установке Advanced Light Source и компьютерно-управляемый электронный микроскоп в EMSL, учёные получили химические изображения частиц с нанометровым разрешением.

Моделирование, проведённое под руководством доктора Бинбин Вана, показало, что в жидкоподобной конденсированной фазе частицы взаимодействуют друг с другом, теряя хлорид в виде газообразной соляной кислоты. Чем выше содержание органических веществ, тем больше потери хлорида. На степень протекания реакций влияют вязкость частиц, температура, время, относительная влажность и количество углеродосодержащих химикатов. «Образование этих органических солей может изменять свойства частиц и влиять на их способность выступать в качестве «зародышей» для облаков. Высвобождение соляной кислоты — и её потенциальное возвращение обратно в частицы — может иметь важные последствия для атмосферной химии», — пояснил Ван. Сейчас команда разрабатывает методы для изучения частиц в режиме реального времени.