Per alcune settimane durante l'estate del 2011, team di scienziati di tutto il mondo si sono riuniti su un piccolo appezzamento di foresta di pini ponderosa in Colorado per eseguire uno dei più dettagliati, indagine estesa della chimica atmosferica mai tentata in un unico luogo, in molti casi utilizzando nuovi dispositivi di misurazione creati appositamente per questo progetto. Ora, dopo anni di analisi, la loro sintesi completa dei risultati è stata pubblicata questa settimana.

Le squadre, che includeva un gruppo del MIT che utilizzava un dispositivo di nuova concezione per identificare e quantificare i composti del carbonio, hanno riportato i loro risultati combinati in un articolo sulla rivista Geoscienze naturali . Jesse Kroll, professore associato al MIT di ingegneria civile e ambientale e di ingegneria chimica, e James Hunter, un istruttore tecnico del MIT nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali che era uno studente di dottorato nel gruppo di Kroll al momento della ricerca, erano autore senior e autore principale, rispettivamente, dei 24 contributori al rapporto. Anche la professoressa associata Colette Heald del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale è stata co-autrice.

I composti organici (contenenti carbonio) che hanno studiato in quel pezzo di foresta del Colorado svolgono un ruolo chiave nei processi chimici atmosferici che possono influenzare la qualità dell'aria, la salute dell'ecosistema, e il clima stesso. Eppure molti di questi processi rimangono poco compresi nella loro complessità del mondo reale, e non erano mai stati così rigorosamente campionati, studiato, e quantificato in un punto prima.

"L'obiettivo era cercare di capire la chimica associata al particolato organico in un ambiente boschivo, " Spiega Kroll. "I vari gruppi hanno effettuato molte misurazioni diverse utilizzando strumenti all'avanguardia che ciascuno di noi aveva sviluppato". sono stati in grado di colmare lacune significative nell'inventario dei composti organici nell'atmosfera, scoprendo che circa un terzo di essi era sotto forma di composti organici semivolatili e a volatilità intermedia precedentemente non misurati (SVOC e IVOC).

"Sospettavamo da tempo che ci fossero lacune nelle nostre misurazioni del carbonio nell'atmosfera, " Dice Kroll. "Sembrava che ci fossero più aerosol di quanti possiamo spiegare misurando i loro precursori".

Il team del MIT, così come alcuni degli altri gruppi di ricerca, sviluppato strumenti mirati specificamente a questi composti difficili da misurare, che Kroll descrive come "ancora in fase gassosa, ma appiccicoso." La loro viscosità rende difficile farli passare attraverso un ingresso in un dispositivo di misurazione, ma questi composti possono svolgere un ruolo significativo nella formazione e nell'alterazione degli aerosol, minuscole particelle sospese nell'aria che possono contribuire allo smog o alla nucleazione di gocce di pioggia o cristalli di ghiaccio, che influenzano il clima della Terra.

"Alcuni di questi strumenti sono stati utilizzati per la prima volta in questa campagna, " dice Kroll. Quando si analizzano i risultati, che ha fornito misurazioni senza precedenti di SVOC e IVOC, "ci siamo resi conto di avere questo set di dati che forniva molte più informazioni sui composti organici di quanto non avessimo mai avuto prima. Riunendo i dati di tutti questi strumenti in un set di dati combinato, siamo stati in grado di descrivere i composti organici nell'atmosfera in un modo più completo di quanto fosse mai stato possibile, per capire cosa sta realmente accadendo".

È una sfida più complicata di quanto possa sembrare, sottolineano i ricercatori. Un numero molto elevato di diversi composti organici viene costantemente emesso dagli alberi e da altra vegetazione, che variano nella loro composizione chimica, le loro proprietà fisiche, e la loro capacità di reagire chimicamente con altri composti. Non appena entrano nell'aria molti dei composti iniziano ad ossidarsi, che ne aumenta esponenzialmente il numero e la diversità.

La campagna collaborativa per caratterizzare le quantità e le reazioni di questi diversi composti ha avuto luogo in una sezione del Manitou Experimental Forest Observatory nelle Montagne Rocciose del Colorado. Sono stati utilizzati cinque diversi strumenti per raccogliere i dati sui composti organici, e tre di questi non erano mai stati usati prima.

Nonostante i progressi, Rimane ancora molto da fare, dicono i ricercatori. Mentre le misurazioni sul campo hanno fornito un profilo dettagliato delle quantità di diversi composti nel tempo, non poteva identificare le reazioni ei percorsi specifici che stavano trasformando un insieme di composti in un altro. Questo tipo di analisi richiede lo studio diretto delle reazioni in un ambiente controllato di laboratorio, e quel tipo di lavoro è in corso, nel laboratorio del MIT di Kroll e altrove.

La compilazione di tutti questi dettagli consentirà di affinare l'accuratezza dei modelli atmosferici e aiuterà a valutare cose come strategie per mitigare specifici problemi di inquinamento atmosferico, dall'ozono al particolato, o per valutare le fonti ei meccanismi di rimozione dei componenti atmosferici che influenzano il clima terrestre.