Gli incendi boschivi sono diffusi in tutto il mondo. Si verificano in luoghi in cui le piante sono abbondanti, come i violenti incendi che attualmente ardono nell'Amazzonia brasiliana. Tale combustione di biomassa (BB) può essere una calamità ambientale.

Il fumo degli eventi BB produce grandi quantità di particelle di aerosol e gas. Queste emissioni possono causare gravi problemi di visibilità e salute, così come per il clima locale e globale.

Si prevede che le emissioni di BB aumenteranno in futuro a causa dei cambiamenti climatici. Tarball, che sono microscopiche particelle BB organiche, si stima che contribuiscano fino al 30% della massa dell'aerosol BB. Poiché i tarball sono dominanti, tipo di particelle di aerosol che assorbono la luce nel fumo BB, comprendere la loro influenza sul clima è fondamentale. Ma i dettagli su come si formano e influenzano il cambiamento climatico non sono stati chiari.

Il ricercatore senior Kouji Adachi, attualmente lavora presso il Meteorological Research Institute di Tsukuba, Giappone, è stato un ricercatore associato dal 2005 al 2011 con il professor Peter Buseck della School of Molecular Sciences e della School of Earth and Space Exploration dell'Arizona State University.

Il loro lavoro ha attirato l'attenzione dei colleghi del Brookhaven National Lab del Dipartimento dell'Energia di Upton, New York. Principali investigatori, Arthur Sedlacek III e Lawrence Kleinman, con il sostegno del programma di scienze dell'atmosfera, stavano pianificando la campagna sul campo del periodo operativo per la combustione della biomassa (BBOP), in cui un aeroplano strumentato misurerebbe i rapidi cambiamenti chimici nel fumo degli incendi.

Sedlacek e Kleinman hanno chiesto a Buseck di partecipare a BBOP, poiché la strategia di campionamento forniva un laboratorio ideale nel cielo per studiare la formazione di tarball.

I risultati, pubblicato online il 5 settembre sono in a Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze documento intitolato "Le particelle di catrame sferiche si formano attraverso rapidi cambiamenti chimici e fisici della materia organica nel fumo che brucia la biomassa".

Le osservazioni del team mostrano che i tarball si formano attraverso una combinazione di cambiamenti chimici e fisici di aerosol organici formati nelle prime ore successive alla produzione di fumo.

"Sono così contento che tarballs, l'oggetto di questo scritto, sono stati riportati per la prima volta nel 2003 articoli in cui uno studente laureato in chimica dell'ASU, Li Jia, e assegnista di ricerca post-dottorato, Mihaly Posfai, sono stati i principali contributori; quindi la Scuola di Scienze Molecolari e la Scuola di Esplorazione della Terra e dello Spazio hanno avuto un ruolo importante, " disse Buseck.

Buseck, un professore dell'ASU Regents, riceve anche la medaglia Roebling 2019 questo mese, il più alto riconoscimento della Mineralogical Society of America per l'eccezionale ricerca originale in mineralogia.

"Questo studio sulle particelle tarball e sui possibili effetti sui cambiamenti climatici mostra ulteriormente l'ampiezza e la diversità della ricerca di Buseck, " ha dichiarato Meenakshi Wadhwa, Direttore della Scuola di Esplorazione della Terra e dello Spazio. "Dalla geochimica e dalla mineralogia dello stato solido, alla geochimica atmosferica, alla cosmochimica, si dimostra continuamente un pioniere nel suo campo".

"Peter Buseck e il suo gruppo hanno sviluppato l'uso della microscopia elettronica a trasmissione per studiare i minerali, meteoriti e particelle di aerosol in un modo unico e interessante, " ha detto il professor Neal Woodbury, direttore della Scuola di Scienze Molecolari. "Le attuali scoperte del suo team sulla formazione del tarball sono un buon esempio e miglioreranno significativamente le valutazioni degli impatti della combustione della biomassa sul clima regionale e globale".

I tarball utilizzati in questo studio sono stati raccolti da grandi incendi campionati durante la campagna BBOP nell'estate del 2013 negli Stati Uniti nordoccidentali. Usando un aereo di ricerca Gulfstream-1, il team ha raccolto particelle di aerosol di incendi su voli ripetuti attraverso pennacchi di fumo. Forme e composizioni di più di 10, 000 particelle sono state misurate mediante microscopia elettronica a trasmissione, con analisi chimiche dettagliate dei tarball eseguite mediante spettroscopia a raggi X a trasmissione di scansione.

L'analisi rivela che la frazione di particelle di aerosol che sono tarball aumenta con l'età delle particelle. Inoltre, i rapporti tarball di azoto e ossigeno rispetto al potassio, e la rotondità delle particelle, aumentano anche con l'età delle particelle.

In sintesi, Si prevede che le emissioni di BB, compresi i tarball, aumenteranno nei prossimi decenni a causa dei cambiamenti climatici. Questo studio rivela il loro processo di formazione attraverso analisi chimiche e microfisiche. I risultati possono essere utilizzati per migliorare l'interpretazione del fumo BB dai dati satellitari e dalle osservazioni a terra considerando la forma del tarball, viscosità e cambiamenti compositivi durante l'invecchiamento e per fornire migliori stime dei loro effetti nei modelli climatici.