Nonostante la notevole minaccia per la salute rappresentata dall'inquinamento da particolato fine, aspetti fondamentali della sua formazione ed evoluzione continuano a sfuggire agli scienziati.

Questo è vero soprattutto per la frazione organica delle particelle fini (detta anche aerosol), molti dei quali si formano come gas organici vengono ossidati dall'atmosfera. I modelli informatici sottostimano questo cosiddetto aerosol organico "secondario" (SOA) rispetto alle misurazioni sul campo, indicando che i modelli mancano di alcune fonti importanti o non descrivono i processi fisici che portano alla formazione di SOA.

Una nuova ricerca della Carnegie Mellon University in collaborazione con la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) fa luce su una fonte di SOA sottovalutata che potrebbe aiutare a colmare questo divario di misurazione del modello. Pubblicato in Scienze e tecnologie ambientali , lo studio mostra che i composti organici volatili (VOC) non tradizionalmente considerati possono contribuire alla SOA urbana tanto o di più quanto fonti a lungo considerate come le emissioni dei veicoli e i gas respirati dalle foglie degli alberi.

"Il nostro esperimento mostra che, in aree dove ci sono molte persone, puoi spiegare solo circa la metà della SOA vista sul campo con le tradizionali emissioni di veicoli e alberi, " ha detto Albert Presto, un professore di ingegneria meccanica e l'autore corrispondente dello studio. "Attribuiamo l'altra metà a questi COV non tradizionali".

Nel 2018, i ricercatori della NOAA hanno fatto colpo sulla rivista Scienza quando hanno dettagliato come i COV non tradizionali rappresentino la metà di tutti i COV nell'atmosfera urbana nelle città degli Stati Uniti. I COV non tradizionali provengono da una sfilza di sostanze chimiche diverse, industrie, e prodotti per la casa, compresi i pesticidi, rivestimenti e vernici, detergenti, e persino prodotti per la cura personale come i deodoranti. Tali prodotti contengono tipicamente solventi organici la cui evaporazione porta a notevoli emissioni in atmosfera di COV.

"Sono molte le cose di tutti i giorni che usiamo, " disse Presto. "Tutto quello che usi che è profumato contiene molecole organiche, che può uscire nell'atmosfera e reagire" dove può formare SOA.

La prevalenza di questi VOC rappresenta un cambio di paradigma nel quadro SOA urbano. Il settore dei trasporti è stato a lungo la fonte dominante di COV nell'aria urbana, ma le emissioni dei veicoli negli Stati Uniti sono diminuite drasticamente (fino al 90%) a causa delle normative sui tubi di scappamento negli ultimi decenni, anche se il consumo di carburante è aumentato. Poiché i COV legati ai trasporti sono diminuiti in importanza, i COV non tradizionali hanno iniziato a fornire un contributo relativo maggiore all'atmosfera urbana. Mentre la ricerca del NOAA ha allertato la comunità scientifica atmosferica sull'entità dei COV non tradizionali negli ambienti urbani, potevano solo ipotizzare che questi gas fossero probabilmente importanti per la formazione di SOA; l'idea doveva ancora essere testata.

Testare la quantità di moduli SOA da questi non è un compito facile, però. La formazione della SOA nell'atmosfera si svolge nel corso di diversi giorni, rendendo difficile tracciare il viaggio dei gas emessi mentre vengono dispersi dai venti e iniziano a reagire con la luce solare e altri ossidanti.

Rishabh Shah, uno studente laureato che ha studiato con Presto e ora lavora al NOAA, costruito un reattore per valutare l'intero potenziale di formazione di SOA all'interno di un campione di aria senza dover tracciare quell'aria nel tempo.

"Il reattore è una specie di app sul tuo smartphone per la formazione della SOA, " ha detto Shah. "Scatta la tua foto e l'app ti mostra come saresti tra un decennio".

Il reattore accelera il viaggio tortuoso di un gas bombardandolo con ossidanti a concentrazioni molto più elevate di quelle che si trovano nell'atmosfera. Questo simula fisicamente in pochi secondi tutte le reazioni a cui è soggetta una molecola di gas nell'atmosfera nel corso di una settimana. In un attimo, Il reattore di Shah può valutare l'intero potenziale dell'aria che campiona per formare SOA.

La squadra ha montato il reattore su un furgone, creando una piattaforma mobile da cui poter accedere all'aria da diversi ambienti contenenti vari livelli di COV non tradizionali. Queste località includevano siti sottovento a un grande impianto industriale, accanto a un cantiere, all'interno dei profondi 'street canyon' creati dai grattacieli di un centro cittadino, e tra i bassi edifici di un quartiere urbano.

In luoghi con grandi quantità di COV non tradizionali, il reattore ha formato grandi quantità di SOA. Queste località includevano sia i canyon delle strade del centro che tra i bassi piani urbani, entrambi i luoghi in cui l'evaporazione di prodotti di consumo come deodoranti e balsami è elevata, soprattutto al mattino. Analizzatori di gas avanzati a bordo della piattaforma mobile hanno permesso al team di rilevare la presenza di molti di questi COV non tradizionali.

È importante sottolineare che in questi luoghi i modelli informatici standard all'avanguardia non potevano prevedere l'intera quantità di SOA osservata nel loro reattore. Però, in altri ambienti con meno VOC non tradizionali, il modello è stato in grado di prevedere con precisione quanta SOA si è formata nel reattore.

Insieme, questi elementi di prova costituiscono un argomento convincente che le emissioni di COV non tradizionali sono responsabili di una quantità significativa di SOA urbana. Presto stima che queste emissioni non tradizionali abbiano all'incirca lo stesso contributo delle emissioni dei trasporti e della biosfera messe insieme, in linea con l'ipotesi avanzata dal NOAA.

"Tradizionalmente, ci siamo concentrati molto sulle centrali elettriche e sui veicoli per la qualità dell'aria, che sono diventati molto più puliti negli Stati Uniti." ha detto Presto. "Ciò significa che ora, una parte consistente della SOA proviene da quest'altro quotidiano, 'ovunque' categoria che non è stata considerata fino a poco tempo fa".