Rappresentazione di eventi di inquinamento in cui si mescolano polveri minerali e fumi bruciati da biomassa. Credito:Hind Al-Abadleh
È una nuova chimica che si trova in una gocciolina di nuvola, in un aerosol umido o sulla superficie di una particella di polvere. Tutto ciò che serve per iniziare sono eventi naturali come tempeste di polvere, azione delle onde oceaniche, eruzioni vulcaniche e incendi, che aumentano la quantità di aerosol nell'atmosfera.
L'effetto degli aerosol sul clima può competere con il riscaldamento della CO2 ma dipende dalla composizione chimica. Pertanto, misurare le dimensioni e il "colore" degli aerosol e il modo in cui cambiano nel tempo aiuta gli scienziati a valutare il loro effetto sul clima. Queste proprietà cambiano perché gli aerosol forniscono superfici per l'assorbimento dell'acqua e reazioni chimiche. Inoltre, gli aerosol influenzano la formazione e la durata delle nuvole e, a seconda dell'altezza delle nuvole, potrebbero causare riscaldamento o raffreddamento.
A causa delle loro diverse fonti, gli aerosol atmosferici sono chimicamente complessi. Contengono sali, sostanze organiche e metalli di transizione. Quest'ultimo ha origine dalla polvere minerale e il ferro è il metallo di transizione più onnipresente in queste particelle.
Pennacchi di polvere minerale nell'atmosfera si mescolano con il fumo che brucia biomassa durante il trasporto a lungo raggio a seguito di eventi di inquinamento. Parte del carbonio organico nel fumo che brucia la biomassa è soggetto all'ossidazione e alla complessazione con il ferro. Tuttavia, l'efficienza e la natura dei prodotti derivanti da queste reazioni che avvengono in condizioni simulate di aerosol e nubi rimangono questioni aperte di ricerca.
In una recente pubblicazione su Chimica delle comunicazioni , una collaborazione internazionale guidata da Hind Al-Abadleh della Wilfrid Laurier University, Marcelo Guzman dell'Università del Kentucky e Akua Asa-Awuku dell'Università del Maryland si è concentrata sullo studio delle reazioni in gran parte inesplorate del ferro con gli aminofenoli. La ricerca ha esaminato attentamente il ruolo degli aminofenoli nella formazione di carbonio organico colorato contenente azoto.
Gli aminofenoli sono esempi di carbonio organico contenente azoto, un'importante classe di carbonio marrone il cui contributo alla forzatura del clima e alle interazioni aerosol-nube rimane una grande fonte di incertezza nei modelli climatici a causa della loro complessità chimica e delle loro fonti variabili. Queste ammine aromatiche sono state rilevate in fase gassosa e nel particolato ultrafine da emissioni industriali e dalla riduzione di nitrobenzeni e nitrofenoli dalla combustione di biomasse.
L'attività dei nuclei di condensazione delle nuvole di oligomeri dalla reazione orto-aminofenolo (oAP)+Fe(III) (cerchi rossi), reazione para-aminofenolo (pAP)+Fe(III) (quadrati blu) e levoglucosano (triangoli verdi). a La crescita del diametro umido rispetto al diametro secco iniziale delle particelle esposte a un ambiente subsaturo (85% UR) dalla misurazione H-TDMA. Viene inoltre riportato il Gf medio per ciascun materiale. Le linee tratteggiate grigie mostrano i valori teorici di κ-Köhler. b Il diametro critico medio rispetto alla sovrasaturazione dalla misurazione CCNC (simboli chiusi). Le linee tratteggiate grigie mostrano i valori teorici di κ-Köhler. Una diminuzione della dimensione critica del diametro a una sovrasaturazione costante indica un aumento del CCN e dell'attività delle goccioline. c Riepilogo del parametro di igroscopicità della teoria di Köhler, κ, acquisito dalle misurazioni CCNC (simboli chiusi) e H-TDMA (simboli aperti). Ogni punto rappresenta una media di 10 punti. Le barre di errore mostrano la deviazione standard. Credito:Chimica delle comunicazioni (2022). DOI:10.1038/s42004-022-00732-1
I nuovi risultati in questa pubblicazione mostrano una formazione notevolmente efficiente di prodotti solubili in acqua e simili a fuliggine dal marrone scuro al nero in condizioni atmosferiche rilevanti.
Questi prodotti sono oligomeri contenenti 2-4 anelli benzenici con sostituenti azotati e idrossilici dell'ossidazione abiotica catalizzata dal ferro degli aminofenoli. Le reazioni sono state esplorate in sistemi omogenei (cioè, fase acquosa) ed eterogenei (cioè, interfaccia liquido/solido) utilizzando la polvere di prova dell'Arizona. È stato riscontrato che l'igroscopicità dei prodotti di reazione è superiore a quella del levoglucosano, un importante indicatore dell'aerosol organico che brucia biomassa. È stato anche riportato il progressivo oscuramento della polvere di prova dell'Arizona con il tempo di reazione, con evidenti modifiche alle proprietà ottiche, alla morfologia, allo stato di miscelazione e alla composizione chimica.
La chimica catalizzata dai metalli è una branca delle scienze atmosferiche poco conosciuta nonostante la presenza diffusa di ferro e altri metalli di transizione nel particolato, nelle goccioline di nuvole e nebbia e su superfici naturali e ingegnerizzate esposte all'aria. Lo studio evidenzia percorsi trascurati che portano alle trasformazioni delle ammine aromatiche atmosferiche nei sistemi di polvere contenenti ferro.
Queste trasformazioni influiscono sull'efficienza di nucleazione della condensazione delle nuvole di particelle di aerosol multicomponente e modificano le proprietà fisico-chimiche degli aerosol. Questi percorsi potenzialmente importanti non sono attualmente considerati nei modelli di chimica climatica e atmosferica, e quindi i nostri risultati aiuteranno a colmare il divario nella nostra comprensione della chimica del ferro negli aerosol con vari gradi di elaborazione atmosferica. + Esplora ulteriormente
