Образование облаков и осадки зависят от окисления загрязняющих веществ из выбросов биодизеля

Исследование влияния органических молекул в атмосфере на образование облаков показало, что ключевой компонент биодизеля, метилолеат, реагирует с озоном удивительно быстро. Этот процесс может противодействовать росту водяных капель, вызванному выбросами, что, в свою очередь, будет препятствовать образованию облаков и, таким образом, сложным образом влиять на круговорот воды.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, было проведено международной группой ученых в Институте Лауэ–Ланжевена (ILL) в Гренобле, Франция. Метилолеат — органический материал, объемы производства которого растут из-за популярности биодизелей на основе сложных эфиров жирных кислот (FAME). Их широкое использование потенциально повышает концентрацию таких веществ в атмосфере. Они накапливаются на поверхности воды, снижая ее поверхностное натяжение. Такие поверхностно-активные вещества (ПАВ) важны для образования облаков, так как пониженное натяжение позволяет каплям расти крупнее, формируя облака и осадки.

Команда провела эксперименты с нейтронной рефлектометрией на мощном инструменте FIGARO в ILL. Интенсивные пучки нейтронов сканировали монослои молекул метилолеата на воде во время их воздействия озоном. Измерения интенсивности отраженных нейтронов позволили определить, как концентрация молекул на поверхности меняется со временем, и оценить подверженность этого органического материала окислительному воздействию.

Исследование показало, что метилолеат разлагается в десять раз быстрее, чем олеиновая кислота (молекула, попадающая в атмосферу при жарке мяса). Первоначальный слой ПАВ на границе воздух-вода эффективно уничтожался под действием озона. Механизм связан с реакцией озона с углерод-углеродной двойной связью в метилолеате, которая разрывает его основную цепь. Эта реакция окисления приводит к почти полной потере метилолеатом поверхностно-активных свойств. В атмосфере это замедлило бы рост водяных капель.

«Нейтроны показали, что поверхностно-активное вещество исчезает с границы воздух-вода удивительно быстро», — говорит ведущий автор работы доктор Кристиан Пфранг из Редингского университета. Это означает, что поверхностное натяжение возрастает, рост капель может замедлиться, что затруднит образование облаков. Более того, продукты реакции также нестабильны на поверхности капли, что не было предсказано в предыдущих исследованиях.

Следующий шаг — изучение поведения различных ПАВ и их смесей при воздействии озона и других атмосферных окислителей. «Мы комбинируем нейтронную рефлектометрию с компьютерным моделированием, чтобы изучить более сложные системы с несколькими ПАВ детальнее, чем когда-либо прежде», — отмечает аспирант ILL Федерика Себастьяни.