I ricercatori del Paul Scherrer Institute PSI hanno sviluppato un nuovo metodo per analizzare il particolato in modo più preciso che mai. Usandolo, hanno smentito una dottrina consolidata:che le molecole negli aerosol non subiscono ulteriori trasformazioni chimiche perché sono racchiuse in altro particolato sospeso. Nella camera a smog del PSI, hanno analizzato i composti chimici direttamente negli aerosol e hanno osservato come le molecole si dissociassero e quindi rilasciassero acido formico gassoso nell'atmosfera. Questi risultati aiuteranno a migliorare la comprensione dei processi globali coinvolti nella formazione delle nuvole e nell'inquinamento atmosferico, e per perfezionare i modelli corrispondenti. I risultati di questa indagine sono pubblicati oggi sulla rivista Progressi scientifici .

Il profumo familiare di una pineta è causato dall'α-pinene. Questo è uno dei composti organici volatili negli oli delle conifere, e si trova anche nell'eucalipto e nel rosmarino. L'odore provoca sensazioni piacevoli nella maggior parte delle persone. Meno piacevole è che sotto l'influenza dei radicali, il composto si trasforma in altri composti nell'atmosfera, cosiddette molecole organiche altamente ossidate. Alcuni di questi sono sostanze reattive e in una certa misura nocive. Solo di recente sono stati esaminati dai ricercatori atmosferici, e il loro ruolo nella formazione delle nuvole non è ancora stato compreso.

Queste molecole organiche altamente ossidate sono meno volatili della sostanza di partenza α-pinene e quindi si condensano facilmente. Insieme alle particelle di polvere e ad altre sostanze solide e liquide nell'aria, formano ciò che chiamiamo particolato o aerosol.

"Fino ad ora, si pensava che tali molecole fossero protette da ulteriori trasformazioni una volta atterrate nel particolato, " dice Andre Prévôt del Laboratorio di Chimica Atmosferica al PSI. "Si credeva che allora non sarebbero più cambiati, ma si diffonderebbe semplicemente nell'atmosfera e alla fine pioverà."

Questa opinione diffusa non corrisponde alla realtà, però, come hanno dimostrato Prévôt e i suoi colleghi ricercatori del PSI:"Le reazioni continuano, anche nel particolato." Le molecole rimangono reattive e reagiscono tra loro per formare particelle più grandi o si dissociano, rilasciando così ad esempio acido formico. Questo composto comune si trova non solo nelle formiche e nelle ortiche, ma anche nell'atmosfera, dove è un importante indicatore dell'inquinamento atmosferico.

Le osservazioni dei ricercatori del PSI dovrebbero aiutare a migliorare i modelli di simulazione, come quelli per la formazione di nubi e l'inquinamento atmosferico. I modelli simulano ciò che accade nell'atmosfera per prevedere, Per esempio, come una riduzione di determinate emissioni influirà sulla qualità dell'aria.

Dall'aerosol al misuratore

Per la prima volta, I ricercatori del PSI hanno analizzato i composti chimici direttamente nel particolato in condizioni atmosferiche. Per questo, hanno usato la camera a smog PSI, in cui possono essere simulati processi nell'atmosfera. I ricercatori hanno iniettato una gocciolina di α-pinene nella camera e hanno fatto reagire il composto con l'ozono. In un periodo di 15 ore, hanno osservato quali composti chimici si sono formati dall'α-pinene e che poi sono scomparsi di nuovo.

Ciò è stato reso possibile da un nuovo dispositivo analitico per misurazioni atmosferiche che i ricercatori hanno sviluppato in collaborazione con l'azienda Tofwerk di Thun, Svizzera:un cosiddetto EESI-TOF (spettrometro di massa a tempo di volo a ionizzazione elettrospray estrattiva). "Rileva anche le molecole più grandi direttamente nell'aerosol, " spiega il chimico atmosferico Urs Baltensperger. "Metodi di misurazione precedenti, d'altra parte, tagliare le molecole in frammenti più piccoli ad alte temperature". Il nuovo dispositivo si ionizza senza frammentazione. "Possiamo registrare ogni molecola separatamente".

Tofwerk ha ora lanciato il dispositivo sul mercato con l'aiuto di PSI, in modo che anche altri ricercatori atmosferici possano beneficiare del nuovo metodo.

Misure a Zurigo

Il nuovo metodo analitico può essere utilizzato non solo in laboratorio, ma anche direttamente in loco. Durante l'inverno 2018/19 e l'estate 2019, I ricercatori del PSI lo hanno usato per studiare gli aerosol nell'aria a Zurigo. Come si è scoperto, un buon terzo del particolato zurighese in estate è costituito esclusivamente da prodotti di reazione di α-pinene e molecole simili. In inverno, però, vengono in primo piano le emissioni degli impianti a legna e dei loro prodotti di reazione.

I ricercatori hanno pianificato ulteriori campagne di misurazione in Cina e India. Lì vogliono analizzare quali molecole si formano nell'aria di una città con più di un milione di abitanti.