Minuscole particelle nell'aria note come aerosol svolgono un ruolo importante nella formazione delle nubi, che a sua volta ha un impatto sul clima del nostro pianeta. Tuttavia ad oggi l'effetto degli aerosol sulla formazione delle nubi rimane pieno di incertezze. Tra queste incertezze c'è la reattività dei film organici che sono stati trovati per rivestire gli aerosol atmosferici. Ora i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione allo studio di questi utilizzando la linea di luce di diffrazione della superficie e dell'interfaccia (I07) presso la Diamond Light Source.
In un lavoro recentemente pubblicato su Ambiente atmosferico i ricercatori hanno studiato la reattività dei film organici trovati sulla superficie di un aerosol. Dopo aver estratto il materiale organico dai campioni di aerosol atmosferico, lo hanno posizionato su un'interfaccia aria-acqua, esposto al gas ozono. L'ozono è un comune ossidante atmosferico. Attraverso misurazioni della riflettività dei raggi X raccolte presso la linea di luce I07 di Diamond, hanno trovato molto sorprendentemente che i campioni organici erano inerti all'ossidazione da gas ozono. Però, i campioni hanno reagito quando esposti a radicali idrossilici nelle stesse condizioni.
Per spiegare la mancata reazione con l'ozono, il team propone che i campioni raccolti possano contenere quantità maggiori di materiale saturo rispetto a quello insaturo. Dicono che i loro risultati indicano che gli aerosol atmosferici potrebbero essere meno reattivi nell'atmosfera di quanto si pensasse in precedenza. Ora hanno in programma di testare questa teoria studiando ulteriori campioni organici prelevati da diversi tipi di aerosol atmosferici per mappare la loro reattività.
Le nuvole e il nostro clima
Le nuvole nella nostra atmosfera hanno un effetto significativo sul clima terrestre, in quanto sono incredibilmente riflessivi, rimbalzando una parte significativa della luce solare nello spazio. La riflessione agisce per raffreddare la superficie del pianeta, con il loro effetto di raffreddamento grande quasi quanto l'effetto di riscaldamento dei gas serra.
La chiave per la formazione delle nuvole sono gli aerosol, minuscole particelle nell'aria attorno alle quali le gocce d'acqua si condensano per formare infine le nuvole. Tutte le goccioline di nubi nell'atmosfera si sono formate su aerosol atmosferici. Se le proprietà chimiche degli aerosol vengono modificate, possono influenzare la dimensione e il numero di goccioline di nuvole all'interno di una nuvola, la quantità di pioggia e la quantità di luce riflessa nello spazio. La modifica della dimensione e della densità numerica delle gocce di nuvola modifica la riflettività della nuvola. "Un piccolo cambiamento chimico può causare una differenza climatica, "dice il professor Martin King, della Royal Holloway University di Londra e corrispondente autore dello studio.
Gli studi hanno dimostrato che questi aerosol sono spesso ricoperti da pellicole organiche, che potrebbero influenzare la reattività e il comportamento complessivi di questo tipo di particelle. Così, per scoprire di più sulle proprietà degli aerosol che sono alla base della formazione delle nubi, Il professor King e i suoi colleghi, tra cui ricercatori della Laser Science Facility (RAL) e dell'Università di Uppsala, hanno rivolto la loro attenzione ai film.
Tecniche della linea di luce
Il team ha estratto la materia organica da campioni di aerosol atmosferici prima di posizionare il materiale su un'interfaccia aria-acqua ed esporre il campione al gas ozono. Questa è stata la prima volta che sono stati esaminati campioni reali dei film, poiché tutti gli studi precedenti hanno utilizzato proxy per i film organici.
Per determinare se i film hanno reagito con l'ozono, il team ha utilizzato misurazioni della riflettività dei raggi X sulla linea di luce di Diamond's Surface e Interface Diffraction (I07). Le misurazioni a raggi X hanno fornito informazioni sul cambiamento di spessore e identità del film prima e dopo l'esposizione all'ozono.
La linea di luce I07 offriva un ottimo rapporto segnale-rumore fino ad alti angoli di riflessione e una rapida acquisizione dei dati, caratteristiche che erano fondamentali per questo tipo di esperimento. "I campioni sono stati molto difficili, "dice il professor King, "essenzialmente sembravano acqua sporca." Poiché il team era composto da nuovi utenti, lo staff di Diamond è stato una parte fondamentale degli studi e li ha aiutati a ottenere risultati utilizzabili. Anche la geometria della linea di luce era importante, consentendo al team di deviare il raggio di raggi X mantenendo il campione orizzontale, permettendo loro di rimbalzare sulla superficie del liquido. Questa è una disposizione sperimentale disponibile solo in alcune linee di luce di sincrotrone in tutto il mondo.
Conclusioni
Sorprendentemente il team ha scoperto che il campione organico era inerte all'ossidazione da ozono. Però, quando l'esperimento è stato ripetuto con radicali idrossilici, si è verificata una reazione tra il film e il radicale. I ricercatori affermano che i risultati indicano che i film organici nel campione sono composti principalmente da sostanze saturi, piuttosto che materiale insaturo. Ciò è stato supportato da studi di gascromatografia e spettrometria di massa a ionizzazione elettrospray.
"È stato un risultato inaspettato e insolito, " afferma il professor King. Il team suggerisce che la non reattività dei campioni organici potrebbe essere dovuta a quanto tempo sono stati nell'atmosfera. Ora hanno in programma di testare altri campioni prelevati da ambienti diversi, come le pinete dove si sono formate di recente particelle di aerosol, per mappare come il loro comportamento può differire.
