La foschia marrone che incombe su Città del Messico è in gran parte composta da carbonio marrone. Formata attraverso un complesso mix di sostanze chimiche nate dall'inquinamento e di origine naturale nell'atmosfera, il carbonio marrone è altamente assorbente dalla luce. Guardando la foto, immagina di stare per strada sotto questa foschia:è una coltre di calore con un odore sgradevole. Questa coperta non ha solo un impatto sul benessere dei residenti che vivono sotto il suo incantesimo, influisce sull'equilibrio energetico tra la Terra e il sole. Comprendere il suo impatto aiuterà gli scienziati a inserire il carbonio marrone nei modelli aiutando a progettare gli impatti climatici. Credito:Pacific Northwest National Laboratory
Onnipresente ma misterioso. Assorbe la luce, particelle contenenti carbonio, noto anche come carbonio marrone, sono prevalenti nell'atmosfera ma molto variabili. Gli scienziati stanno lavorando per colmare le lacune di conoscenza nel modo in cui si formano, le loro proprietà chimiche, e quanta luce assorbono.
Un gruppo di ricerca guidato dal Pacific Northwest National Laboratory ha condotto esperimenti controllati nella camera ambientale del PNNL per imitare le reazioni chimiche che avvengono nell'atmosfera. Hanno esaminato l'impatto di diversi ingredienti delle particelle (precursori), le condizioni di reazione (temperatura e luce), e la quantità di umidità atmosferica (umidità relativa) sulla formazione e sull'invecchiamento del carbonio bruno. I risultati suggeriscono che il carbonio marrone si è formato da comuni, l'inquinamento causato dall'uomo potrebbe avere un impatto significativo sul bilancio energetico della Terra. Ulteriore, il loro lavoro indica la necessità di rivisitare attentamente il modo in cui il carbonio marrone è rappresentato nei modelli climatici.
Esistono due tipi di particelle atmosferiche (organiche) contenenti carbonio ed entrambi sono molto bravi ad assorbire la luce solare, quindi, importanti da considerare come riscaldatori atmosferici. Le particelle di carbonio nero sono particelle fini emesse dalla combustione ad alta temperatura principalmente di combustibili fossili, come nei motori diesel. Le particelle di carbonio marrone sono emesse dalla combustione di materiali organici, o biomassa, come incendi naturali o provocati dall'uomo, residuo colturale, e disboscamento. Però, recenti ricerche hanno dimostrato che il carbonio bruno può anche formarsi quando miscele di sostanze chimiche naturali e artificiali reagiscono insieme nell'atmosfera in presenza di luce solare per produrre aerosol organici "secondari" (SOA). La ricerca suggerisce che questo carbonio marrone secondario potrebbe avere impatti significativi sul clima locale o regionale, fornendo nuove informazioni su come valutare meglio gli impatti SOA nei modelli climatici.
Il Dr. John Shilling è mostrato in piedi nella camera ambientale all'avanguardia del PNNL, utilizzato dagli scienziati per simulare, in condizioni controllate, le reazioni chimiche ei processi microfisici che avvengono nell'atmosfera naturale. I dati generati in questo laboratorio vengono utilizzati per ridurre l'incertezza associata alla rappresentazione del ciclo di vita dell'aerosol organico nei modelli climatici. La camera di ricerca atmosferica si trova nel laboratorio di misurazioni atmosferiche a Richland, Washington. Credito:Pacific Northwest National Laboratory
Il gruppo di ricerca del PNNL, compresi i collaboratori della Concordia University, ha condotto una serie di esperimenti nella camera ambientale del PNNL per studiare gli effetti di diversi parametri ben controllati sull'assorbimento del carbonio marrone, compresi i tipi di precursori del carbonio organico volatile, concentrazioni di ossido nitrico, livelli di umidità relativa ed esposizione alla luce (tempo di invecchiamento della fotolisi). Oltre a utilizzare lo spettrometro a soluzione per misurare l'assorbimento della luce, hanno anche applicato tecniche di spettrometria di massa per scavare nelle composizioni chimiche dei prodotti SOA. Queste misurazioni combinate forniscono informazioni su entrambi gli indici di rifrazione, o coefficienti di assorbimento della luce del carbonio marrone e loro proprietà chimiche.
I ricercatori stanno pianificando un'analisi più dettagliata delle composizioni chimiche che rispondono all'assorbimento della luce. I meccanismi intrinseci di formazione della SOA, che sono sostanzialmente alterate dalle condizioni ambientali, sono un'ulteriore via di indagine.
