Connect with us

Znanost

Atmosferske čestice u obliku želea odolijevaju kemijskom starenju

Kemija

Atmosferske čestice u obliku želea odolijevaju kemijskom starenju

Atmosferski kemičari na harvardskoj Školi inženjerstva i primijenjenih znanosti (SEAS) otkrili su da postoje dvije različite vrste sekundarnog organskog materijala u atmosferi: tekućine i želei. Sekundarni organski materijal (SOM) su čestice nošene zrakom koje su počele reagirati s plinovima u atmosferi. U posljednjih 20 godina istraživanja i klimatskog modeliranja, pretpostavljalo se da se te čestice besciljno kreću kao tekućina. U tekućoj fazi, organski materijali će vrlo lako apsorbirati druge sastavnice poput amonijaka ili ozona i onda prolaziti kroz niz kemijskih promjena (poznatih kao kemijsko starenje) kako bi oblikovali čestice koje reflektiraju ili apsorbiraju Sunčevu svjetlost ili oblikuju oblake.

Sad su eksperimenti na Harvardu, u kojima su se koristile čestice α-pinena i adipične kiseline, pokazali da pad u vlažnosti može ove uobičajene aerosole dovesti u fazu nalik želeu, u kojoj se oni gotovo u cijelosti odupiru kemijskom starenju. Rezultati istraživanja su objavljeni u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, a mogli bi uputiti na reviziju regionalnih i globalnih klimatskih modela.

“Naše istraživanje pruža prvi eksperimentalni dokaz da je kemijski proces starenja atmosferskih čestica ograničen njihovom fazom”, kaže glavni istraživač Scot Martin, profesor kemije okoliša na SEAS-u i na Odjelu za Zemlju i planetarne znanosti na Harvardu. “Krute ili polukrute čestice aerosola će reagirati s drugim molekulama samo na površini kapljica, umjesto da se homogeno miješaju. To znači da vremenska skala važnih kemijskih procesa starenja može biti puno dulja od onoga što se ogleda u aktualnim modelima.”

Dvije vrste čestica izabranih za ovo istraživanje, α-pinen i adipična kiselina, česte su u Zemljinoj atmosferi. α-pinen je u suštini miris kojeg ispuštaju crnogorična stabla (uključujući i borove – otuda i ime), a adipična kiselina dolazi iz antropogenih izvora (kao što su ispušni plinovi iz automobila) i prirodnih kemijskih reakcija.

U atmosferi se čestice α-pinena i adipične kiseline ponašaju kao želatina. U vlažnim uvjetima kapljice apsorbiraju vodu i ostaju tekućina. U suhim uvjetima, one se zgusnu bez kristaliziranja. Prvi autor studije Kuwata Mikinori, postdoktorski suradnik na SEAS-u, uspoređuje ove polukrute atmosferske čestice s komadima tofua, još jedne visokoviskozne i amorfne krutine.

“Ako prelijete umak od soje na blok tofua na sobnoj temperaturi, tekućina će samo stajati na površini tofua, a neće potonuti u njega”, objašnjava Kuwata. “Ali ako dugo vremena kuhate tofu u umaku i to na visokoj temperaturi, tofu će na kraju apsorbirati okus umaka. To je ista vrsta učinka kojeg vidimo u atmosferi. Prije ili kasnije ovi polukruti aerosoli pomiješat će se s drugim reaktantima, ali za to treba više vremena, viša temperatura ili dovoljno ambijentalne vlažnosti da potaknu promjenu njihove faze natrag u tekućinu.”

Istraživači su u svojoj studiji odabrali amonijak kao reaktant djelomično zbog toga što je njegovu sastavnicu, dušik, lako otkriti pomoću spektrometrije masa, ali i zbog trenutne relevantnosti za okoliš. Atmosferski amonijak je u porastu u posljednjih nekoliko godina kao nusprodukt korištenja gnojiva i uzgoja stoke te kao rezultat povećanja temperature.

“Za okoliš, amonijak je vrlo nezgodan spoj”, kaže Kuwata. “S jedne strane on neutralizira sumporne kiseline i pomaže spriječiti kisele kiše, ali s druge strane dušik kao njegova sastavnica također može štetno djelovati na ekosustave velikih vodenih resursa. Kad amonijak reagira sa sekundarnim organskim materijalom, može formirati amonijeve soli, za koje se misli da utječu na aktivnost stvaranja oblaka, kao i organski dušik koji tvori spojeve koji upijaju svjetlo.”

Martin i Kuwata proveli su svoje eksperimente u laboratoriju Harvard Environmental Chamber, tj. u teflonskoj vreći zapremine 5 kubičnih metara koja visi sa stropa u laboratoriju u SEAS-u. U ispitivanjima unutar ove komore, oni su priredili razne atmosferske uvjete uz podešavanje vlage, a čestice α-pinena ili adipične kiseline izlagali su amonijaku tijekom sedam minuta.

Nakon tog izlaganja, mjerili su promjer nastalih čestica i odredili masu i sastav svake od njih kako bi razumjeli razmjere kemijskog starenja koje se pojavilo.
“Naši rezultati se suprotstavljaju osnovnim pretpostavkama o stopi kemijskih reakcija u atmosferi”, kaže Kuwata. “Ti bi rezultati trebali promijeniti način na koji smo procjenjivali utjecaj atmosferskih čestica aerosola na klimu.”

Kao magistar informacijske znanosti, iz profesionalnih razloga posebno prati razvoj kako gospodarskih i znanstvenih prilika u zemlji i svijetu, tako i općih kulturnih i drugih događanja poput razvoja tehnologije i njezinog utjecaja na društvo.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Kemija

Popularno

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh