Чистый воздух: меньше источников для самоочищения

До сих пор азотистая кислота (HONO) считалась одним из важнейших источников гидроксильных радикалов (OH), которые выступают в роли «моющего средства» атмосферы, обеспечивая её самоочищение. Исследовательская группа из Юлиха опровергла эту концепцию. Новая гипотеза основана на измерениях воздуха, выполненных дирижаблем Zeppelin NT в рамках проекта ЕС PEGASOS. Господствующее представление о роли HONO в атмосферной химии как о чистом источнике радикалов теперь требует полного пересмотра. Результаты опубликованы в рецензируемом журнале Science.

Радикалы OH играют центральную роль в способности воздуха к самоочищению. В глобальной атмосфере они чаще всего образуются при расщеплении озона солнечным светом. Для самого нижнего атмосферного слоя, называемого планетарным пограничным слоем (до 2 км высоты), существовало дополнительное объяснение: считалось, что расщепление HONO солнечным светом является как минимум столь же важным источником OH. Однако анализ данных измерений кампании PEGASOS указывает на иное. Хотя облучение HONO светом и высвобождает радикалы OH, они быстро расходуются на образование новой HONO. Таким образом, азотистая кислота не является чистым источником OH. Это также противоречит господствующему убеждению, что HONO ответственна примерно за 80% радикалов OH, образующихся в загрязнённом воздухе, например, в крупных городах.

«Наши выводы опровергают существующие знания о HONO и решают загадку, которая доминировала в исследованиях около 20 лет: почему учёные постоянно измеряли в нижнем атмосферном слое больше HONO, чем ожидалось», — говорит исследователь тропосферы профессор Андреас Ванер из Института исследований климата и энергии в Юлихе, координировавшего исследование и измерения. В течение многих лет исследовательские группы по всему миру искали неизвестный источник HONO — но не там. Большинство экспертов полагало, что ответственны поверхностные эффекты на земле. «Это также причина, почему до сих пор измерения HONO проводились только на земле или вблизи неё. Наши измерительные полёты на дирижабле Zeppelin NT над долиной реки По на севере Италии летом 2012 года впервые позволили собрать данные на больших высотах над поверхностью Земли», — говорит Ванер.

Тогда учёные из Юлиха и их коллеги в течение пяти недель измеряли следовые газы, такие как оксид азота (NO), радикалы OH и HONO, а также аэрозоли в воздухе и метеорологические параметры на высотах до 1000 метров. Измерительная кампания была частью финансируемого ЕС проекта PEGASOS (Паневропейское исследование взаимодействия газ-аэрозоль-климат), изучавшего влияние атмосферной химии на качество воздуха и климат. Дирижабль позволил исследователям изучить атмосферные слои, которые длительное время не контактируют с поверхностью Земли. Именно там они обнаружили большое количество HONO, концентрация которого оставалась почти постоянной даже после восхода солнца. Они ожидали, что солнечный свет разрушит HONO с образованием OH. Постоянно высокая концентрация может быть объяснена только ранее неизвестным процессом, непрерывно создающим новую HONO.

Основываясь на этих выводах, исследователи выдвинули гипотезу, объясняющую образование новой HONO из различных следовых газов. Они разработали модель химической реакции, с помощью которой рассчитали ожидаемые концентрации различных веществ и сравнили результаты с эмпирическими данными, измеренными над северной Италией. «Мы были удивлены, насколько хорошо наши измеренные данные согласуются с нашей теорией», — говорит доктор Синь Ли, первый автор исследования, в котором также участвовали исследователи из Университета Висконсина, США.

«Наши выводы показывают, что существующие представления о роли HONO должны быть полностью пересмотрены. Образование HONO в атмосфере — это непрерывный цикл, в котором ингредиенты сначала производятся, а затем снова потребляются», — объясняет Андреас Ванер. Следствие: «Научному сообществу необходимо переоценить своё понимание того, как HONO влияет на химию тропосферы», — заключает доктор Франц Рорер, ответственный за анализ и интерпретацию данных. Вновь открытый источник HONO требует более детального изучения. Для правильного понимания соответствующих процессов необходимы дальнейшие полевые эксперименты и лабораторные исследования.