Новые эксперименты повышают точность прогнозов содержания озона в моделях качества воздуха

Команда учёных под руководством исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) и Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) полностью охарактеризовала ключевую химическую реакцию, влияющую на формирование загрязнителей в смоге. Результаты, опубликованные в журнале Science, показывают, что в наиболее загрязнённых районах Лос-Анджелеса в дни с наибольшим загрязнением текущие модели недооценивают уровень озона на 5–10 процентов.

Речь идёт о реакции между диоксидом азота (NO₂) и гидроксильным радикалом (OH). В присутствии солнечного света эти вещества вместе с летучими органическими соединениями (ЛОС) играют ключевую роль в образовании озона. Ранее считалось, что NO₂ и OH образуют только азотную кислоту (HONO₂), которая вымывается из атмосферы дождём, замедляя образование озона. Однако подозревалось существование альтернативного пути с образованием нестабильной пероксинитрозной кислоты (HOONO), которая быстро распадается, снова высвобождая радикалы для создания озона.

Используя усовершенствованный химический реактор и лазерную спектроскопию, исследователи впервые с высокой точностью определили скорость реакции и коэффициент ветвления — соотношение, в котором образуются два продукта. Оказалось, что образование стабильной HONO₂ происходит медленнее, а HOONO — быстрее, чем предполагалось. Это означает, что меньше радикалов OH и NO₂ удаляется из атмосферы, что пропорционально увеличивает образование озона, особенно в загрязнённых районах.

«Эта работа демонстрирует, насколько важны точные лабораторные измерения для нашего понимания атмосферы», — отметил старший научный сотрудник JPL Стэнли П. Сандер.

Моделирование для Лос-Анджелеса на основе новых данных показало, что в наиболее загрязнённых районах образование озона может быть выше на 10%. Учитывая, что увеличение концентрации озона на 10 ppb может повысить смертность от респираторных причин на 4%, эти уточнения важны для регуляторов и оценки рисков для здоровья. Следующим шагом станет изучение этой реакции в других условиях, например, в верхних слоях тропосферы и стратосфере.