Gli aerosol sono minuscole particelle solide o liquide sospese nell'aria. Influenzano il clima assorbendo o disperdendo la luce solare e fungendo da nuclei di condensazione delle nuvole. Inoltre, possono avere un impatto sul benessere umano attraverso gli effetti negativi sulla salute del particolato fine.

Una grande frazione del particolato è costituita da nitrati, solfato, e ioni ammonio. La formazione di questi principali componenti dell'aerosol è fortemente influenzata dall'acidità dell'aerosol, che varia ampiamente tra le diverse regioni con valori di pH dell'aerosol che vanno da ~1 a ~6. I driver di queste grandi variazioni, però, non sono chiare.

I ricercatori hanno ora scoperto quanto siano importanti il ​​contenuto di acqua e la concentrazione di massa totale delle particelle di aerosol per la loro acidità. Un team guidato da Yafang Cheng e Hang Su del Max Planck Institute for Chemistry ha scoperto che questi fattori possono essere ancora più importanti della composizione delle particelle secche. Per le aree continentali popolate con elevate emissioni antropiche di ammoniaca da agricoltura, traffico, e industria, hanno scoperto che il pH dell'aerosol può essere efficacemente tamponato e stabilizzato a diversi livelli dalla coppia acido-base coniugata di ioni ammonio e ammoniaca (NH ₄ +/NH ₃ ).

Le indagini ora pubblicate sulla rivista di ricerca interdisciplinare Scienza iniziato con la domanda se e come il pH degli aerosol viene tamponato nelle diverse regioni continentali. Per affrontare questo problema, gli scienziati di Mainz hanno sviluppato una nuova teoria del buffering multifase negli aerosol, ha analizzato i dati di misurazione atmosferica ed eseguito simulazioni di modelli globali di composizione e acidità dell'aerosol.

"Si è scoperto che la coppia acido-base NH ₄ +/NH ₃ sta tamponando il pH dell'aerosol sulla maggior parte delle aree continentali popolate, anche se l'acidità può variare di più unità di pH", dice Yafang Cheng, Minerva Research Group leader presso il Max Planck Institute for Chemistry. "Le variazioni del contenuto di acqua sono responsabili del 70-80% della variabilità globale del pH dell'aerosol nelle regioni tamponate con ammoniaca, che non era noto in precedenza e può essere spiegato dalla nostra nuova teoria del buffer multifase, "aggiunge.

In particolare, i ricercatori di Max Planck hanno usato il loro modello per confrontare la composizione e l'acidità dell'aerosol per due regioni e condizioni geografiche molto diverse. Nel sud-est degli Stati Uniti durante l'estate, l'aria è pulita, e le poche particelle di aerosol atmosferico contengono poca acqua a valori di pH intorno a ~1, considerando che ci sono tipicamente elevate concentrazioni di aerosol con un alto contenuto di acqua a valori di pH intorno a ~ 5 sulla pianura della Cina settentrionale in inverno. "Troviamo che queste grandi differenze nel pH dell'aerosol sono principalmente dovute alle differenze nel carico dell'aerosol e nel contenuto di acqua piuttosto che alle differenze nel contenuto di nitrati come ipotizzato in studi precedenti, " spiega Guangjie Zheng, un postdoc nel gruppo di Yafang Cheng.

"A livello globale, ~70% delle aree urbane è in regime tamponato con ammoniaca", riassume Hang Su, capogruppo scientifico del Dipartimento di Chimica Multifase dell'istituto. "Così, il meccanismo tampone multifase appena scoperto è importante per comprendere la formazione di foschia e gli effetti dell'aerosol sulla salute umana e sul clima nell'Antropocene".

I risultati del team di Cheng e Su non solo implicano che il pH dell'aerosol e la chimica multifase atmosferica sono fortemente influenzati dalla pervasiva influenza umana sulle emissioni di ammoniaca e sul ciclo dell'azoto nell'Antropocene. Inoltre migliorano la comprensione di come si sviluppa l'inquinamento atmosferico e forniscono quindi un approccio importante per possibili misure di controllo.