L'85% dell'aria terrestre risiede nello strato più basso della sua atmosfera, o troposfera. Tuttavia, permangono importanti lacune nella nostra comprensione della chimica atmosferica che guida i cambiamenti nella composizione della troposfera.
Una lacuna particolarmente importante nella conoscenza è la formazione e la prevalenza di aerosol organici secondari (SOA), che influiscono sul bilancio delle radiazioni del pianeta, sulla qualità dell’aria e sulla salute umana. Ma questo divario si sta riducendo, grazie alle scoperte rivoluzionarie di un team internazionale di ricercatori guidati dall'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), dai Sandia National Laboratories e dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA.
Gli scienziati descrivono in dettaglio le loro scoperte in un nuovo articolo pubblicato su Nature Geosciences .
Il team si è concentrato su una classe di composti noti come intermedi Criegee (CI). I ricercatori sospettano che gli IC svolgano un ruolo fondamentale nella formazione delle SOA quando si combinano attraverso un processo chiamato oligomerizzazione. Ma nessuno aveva mai identificato direttamente le firme chimiche di questo processo sul campo, fino ad ora.
Utilizzando i metodi più avanzati disponibili per rilevare molecole in fase gassosa e aerosol nell'atmosfera, il team ha effettuato misurazioni sul campo nella foresta amazzonica, una delle aree SOA più cruciali della Terra. Lì, hanno trovato prove evidenti coerenti con le reazioni di un composto intermedio del Criegee contenente carbonio, idrogeno e ossigeno (CH2 OO).
"Questa scoperta è estremamente significativa perché siamo stati in grado di stabilire collegamenti diretti tra ciò che abbiamo effettivamente visto sul campo, ciò che avevamo previsto sarebbe accaduto con l'oligomerizzazione degli IC e ciò che siamo stati in grado di caratterizzare in laboratorio e determinare teoricamente", ha spiegato Rebecca L. . Caravan, assistente chimico dell'Argonne e primo autore dell'articolo.
Queste osservazioni sul campo costituiscono solo una componente della scienza innovativa resa possibile dalla collaborazione tra i laboratori.
"Oltre alle misurazioni sul campo, siamo stati in grado di impiegare i metodi sperimentali più avanzati al mondo per caratterizzare direttamente le reazioni intermedie del Criegee. Abbiamo utilizzato la cinetica teorica più avanzata per prevedere reazioni che non possiamo misurare direttamente. E abbiamo approfittato della modello chimico globale più avanzato per valutare gli effetti che ci aspetteremmo che l'oligomerizzazione abbia nella troposfera sulla base di tale cinetica," ha affermato Craig A. Taatjes, un chimico della combustione a Sandia.
Questa combinazione di componenti ha prodotto alcuni risultati di fondamentale importanza.
"In primo luogo, abbiamo scoperto che la chimica dell'IC potrebbe svolgere un ruolo più importante nell'alterazione della composizione della troposfera rispetto a quanto previsto dagli attuali modelli atmosferici, probabilmente di un ordine di grandezza", ha affermato Carl Percival, ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA. "In secondo luogo, la modellazione aggiornata che abbiamo eseguito in base al nostro lavoro ha prodotto solo una frazione delle tracce di oligomerizzazione che abbiamo osservato sul campo."
Ciò potrebbe significare che la chimica dell'IC potrebbe guidare una trasformazione ancora maggiore all'interno della troposfera, o che siano all'opera altri meccanismi chimici non ancora identificati.
"Abbiamo ancora molto lavoro da fare per definire pienamente il ruolo delle reazioni CI nella troposfera", ha concluso Caravan. "Ma questi risultati ampliano significativamente la nostra comprensione di un percorso potenzialmente significativo per la formazione della SOA nello strato più importante dell'atmosfera terrestre."
Ulteriori informazioni: R. L. Caravan et al, Prove osservazionali per le reazioni di oligomerizzazione intermedia di Criegee rilevanti per la formazione di aerosol nella troposfera, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-023-01361-6
Informazioni sul giornale: Geoscienza naturale
Fornito dal Laboratorio nazionale Argonne
