Реакции на поверхности пыли продуцируют атмосферные аэрозоли

Атмосферная химия всё сильнее вторгается в нашу жизнь, чему причиной в том числе безответственное поведение человека. Частицы техногенной пыли продуцируют гидроксильные радикалы, которые вызывают образование серной кислоты и нуклеацию аэрозолей в земной атмосфере.

Специалисты из Института катализа и окружающей среды (Франция) обнаружили, что активные радикалы, генерируемые на поверхности частиц пыли, запускают процесс образования новых аэрозольных частиц в земной атмосфере. В дальнейшем эти аэрозоли играют ключевую роль в климатических изменениях, определяют «качество» вдыхаемого нами воздуха, а также напрямую влияют на количество выпадающих осадков.

Отчёт о исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Science.

Начать, пожалуй, стоит с того, что наука до сих пор плохо понимает, как происходит нуклеация (зарождение) новых аэрозольных частиц в воздухе. Помимо важной роли, которую играют аэрозоли в жизни самой атмосферы, эти частицы могут вызывать образование облаков, абсорбировать или отражать солнечный свет, а также быть причиной сердечных и респираторных проблем у людей.

Под действием света пыль высвобождает гидроксильные радикалы, которые окисляют содержащийся в воздухе диоксид серы до серной кислоты, запускающей формирование новых аэрозольных частиц. (Илл. Proceedings of the National Academy of Science.)

Французским учёным и их коллегам удалось предложить возможный механизм образования атмосферных аэрозолей, основанный на химии поверхности частиц техногенной пыли.

Ранее было показано, что под действием воды и солнечного света на поверхности пылевых частиц, содержащих диоксид титана или ржавчину, происходит образование гидроксильных радикалов. Эти чрезвычайно активные окислители способны конвертировать адсорбированный на тех же частицах диоксид серы (SO₂) в серную кислоту, которая остаётся на частицах. Серная кислота известна своей способностью служить центром нуклеации для аэрозолей, но только если её молекулы не остаются адсорбированными на поверхности частиц. Из-за этого участие молекул серной кислоты в нуклеации атмосферных аэрозолей выглядит хотя и простым, но слишком маловероятным объяснением. Тогда учёные задались логичным вопросом: могут ли активные гидроксильные радикалы сами покидать поверхность пылевых частиц, чтобы затем инициировать окисление свободного SO₂ в газовой фазе?

Для симуляции необходимых атмосферных условий учёные освещали ярким светом стеклянную трубку, содержащую низкую концентрацию пыли, водяных паров и диоксида серы. Во время эксперимента в трубке наблюдалось постепенное увеличение концентрации частиц. Кроме того, было отмечено, что в темноте, а также при отсутствии водяных паров или диоксида серы концентрация частиц внутри трубки не менялась.

Таким образом, можно сделать однозначный вывод о том, что частицы пыли под действием света высвобождают гидроксильные радикалы в воздух, которые затем окисляют содержащийся там диоксид серы до серной кислоты, запускающей формирование новых аэрозольных частиц.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.