Доказаны существование и реакционная способность атмосферных органонитратов

Подобно талантливому иллюзионисту, который непостижимым образом может исчезнуть из наглухо закрытой ёмкости с водой, эти атмосферные соединения умудрялись до сего дня скрывать себя и свой modus operandi.

Но настойчивые сотрудники Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Диего (оба — США) сумели-таки «поймать» гротескные органические соединения и детально изучить пути их взаимодействия с атмосферной водой, что позволяет им исчезать, не оставляя следов.

Собранные в лабораторных условиях сведения об этих поистине иллюзорных атмосферных веществах позволили сделать кое-какие выводы об их возможном влиянии на климат. Отчёт о проделанной работе опубликован в журнале Aerosol Science and Technology.

Органические соединения в атмосфере есть всегда. Их источником являются как человек, так и растения (о деревьях, выделяющих изопрен и другие летучие органические соединения, см. здесь). В качестве аэрозолей органические вещества сосуществуют с водными аэрозолями, газами, пылью и копотью, что даёт им возможность вступать во множество самых разнообразных реакций, образуя всё новые и новые соединения. К сожалению, многие из таких (органических) ингредиентов значительно влияют на процессы рассеяния и абсорбции солнечного света в атмосфере. Вот почему учёные стараются изучить каждый из таких компонентов в отдельности, чтобы знать, как то или иное соединение помогает парниковому эффекту.

Уникальная климатическая камера, расположенная в Лаборатории атмосферных измерений при Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (фото PNNL).

Органические нитраты — вещества, образовавшиеся в результате взаимодействия летучих органических соединений и оксидов азота (NO_x). В течение долгого времени считалось, что такие соединения должны быть широко представлены в атмосфере. Однако прямые наблюдения никак это не подтверждали. В качестве возможного объяснения столь обидного расхождения теории с практикой предлагались две причины. Во-первых, учёные предположили, что основной инструмент, используемый для анализа атмосферной смеси, нечувствителен к присутствию органических нитратов, а во-вторых, поговаривали о том, что такие вещества весьма химически активны, а потому быстро взаимодействуют с водой, образуя новые продукты.

Для наблюдения за реакциями органических нитратов авторы рассматриваемой работы воспользовались уникальной климатической камерой, расположенной в Лаборатории атмосферных измерений. Получение органических нитратов проходило прямо внутри камеры под действием УФ-света из предварительно инжектированных прекурсоров (органическое вещество и набор оксидов азота). Реагируя под действием ультрафиолета с NO_x, органические летучие соединения окисляются, образуя мириады продуктов, включая органические нитраты, которые могут конденсироваться с образованием отдельных частиц (аэрозолей). Затем учёные занялись измерениями как количества образующихся в частицах органонитратов в зависимости от влажности атмосферы, так и скорости их взаимодействия с водой.

В результате были сделаны следующие выводы. Органонитраты действительно генерируются в газовой фазе с очень высокой эффективностью, причём значительные их количества затем конденсируются в виде частиц (аэрозолей). В этом состоянии они способны активно абсорбировать солнечный свет, но в результате стремительной реакции с водой эта способность также быстро пропадает. Таким образом, в первый период своей жизни частицы органонитратов вносят значимый вклад в «разогрев» климата, но по мере «старения» начинают работать скорее на понижение температуры.

Исследованные органические нитраты — лишь небольшой кусочек мозаики, который позволяет точнее оценить полноту и глубину грядущих изысканий, касающихся атмосферных процессов Земли. Кроме того, работа впервые доказала существование гидролиза органических нитратов, существующих в аэрозольной фазе.

Подготовлено по материалам Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории