Kleine deeltjes in de lucht, ook wel aerosolen genoemd, spelen een belangrijke rol bij de vorming van wolken, wat weer een impact heeft op het klimaat van onze planeet. Tot op heden blijft het effect van aërosolen op wolkenvorming echter vol onzekerheden. Een van deze onzekerheden is de reactiviteit van organische films waarvan is vastgesteld dat ze atmosferische aerosolen bekleden. Nu hebben onderzoekers hun aandacht gericht op het bestuderen van deze met behulp van de Surface and Interface Diffraction-bundellijn (I07) bij Diamond Light Source.

In werk onlangs gepubliceerd in Atmosferische omgeving onderzoekers onderzochten de reactiviteit van de organische films op het oppervlak van een aerosol. Nadat ze het organische materiaal uit atmosferische aerosolmonsters hadden geëxtraheerd, plaatsten ze het op een lucht-waterinterface, blootgesteld aan ozongas. Ozon is een veel voorkomende atmosferische oxidant. Door middel van röntgenreflectiviteitsmetingen verzameld bij Diamond's I07-bundellijn, ze ontdekten zeer verrassend dat de organische monsters inert waren voor oxidatie door ozongas. Echter, de monsters reageerden wel bij blootstelling aan hydroxylradicalen onder dezelfde omstandigheden.

Om het gebrek aan reactie met ozon te verklaren, het team stelt voor dat de verzamelde monsters grotere hoeveelheden verzadigd dan onverzadigd materiaal kunnen bevatten. Ze zeggen dat hun resultaten aangeven dat atmosferische aerosolen mogelijk minder reactief zijn in de atmosfeer dan eerder werd gedacht. Ze zijn nu van plan deze theorie te testen door verdere organische monsters te onderzoeken die zijn genomen uit verschillende soorten atmosferische aerosolen om hun reactiviteit in kaart te brengen.

Wolken en ons klimaat

De wolken in onze atmosfeer hebben een significant effect op het klimaat op aarde, omdat ze ongelooflijk reflecterend zijn, een aanzienlijk deel van het licht van de zon terug de ruimte in kaatst. De reflectie werkt om het oppervlak van de planeet af te koelen, waarbij hun verkoelende effect bijna net zo groot is als de opwarmingsimpact van broeikasgassen.

Sleutel tot de vorming van wolken zijn aerosolen, kleine deeltjes in de lucht waarrond waterdruppels condenseren om uiteindelijk wolken te vormen. Alle wolkendruppels in de atmosfeer zijn gevormd op atmosferische aerosolen. Als de chemische eigenschappen van de aerosolen worden gewijzigd, kunnen ze de grootte en het aantal wolkendruppels in een wolk beïnvloeden, de hoeveelheid regenval en hoeveel licht wordt teruggekaatst naar de ruimte. Het veranderen van de grootte en het aantal dichtheid van wolkendruppels verandert de reflectiviteit van de wolk. "Een kleine chemische verandering kan een klimaatverschil veroorzaken, " zegt professor Martin King, van de Royal Holloway University of London en corresponderende auteur van het onderzoek.

Studies hebben aangetoond dat deze aerosolen vaak zijn gecoat in organische films, die de algehele reactiviteit en het gedrag van dit soort deeltjes kunnen beïnvloeden. Dus, om meer te weten te komen over de eigenschappen van de aerosolen die aan de basis liggen van wolkenvorming, Professor King en zijn collega's, waaronder onderzoekers van de Laser Science Facility (RAL) en de Universiteit van Uppsala, richtten hun aandacht op de films.

Straallijn technieken

Het team haalde de organische stof uit monsters van atmosferische aerosolen voordat het materiaal op een lucht-watergrensvlak werd geplaatst en het monster werd blootgesteld aan ozongas. Dit was de eerste keer dat echte voorbeelden van de films werden onderzocht, aangezien eerdere studies allemaal proxy's voor de organische films hebben gebruikt.

Om te bepalen of de films reageerden met ozon, gebruikte het team röntgenreflectiviteitsmetingen bij Diamond's Surface and Interface Diffraction beamline (I07). De röntgenmetingen gaven informatie over de verandering in dikte en identiteit van de film voor en na blootstelling aan ozon.

De I07-bundellijn bood een extreem goede signaal-ruisverhouding tot hoge reflectiehoeken en een snelle gegevensverzameling, kenmerken die cruciaal waren voor dit type experiment. "De monsters waren erg moeilijk, " zegt professor King, "ze zagen er in wezen uit als vuil water." Aangezien het team nieuwe gebruikers waren, vormden de Diamond-medewerkers een cruciaal onderdeel van de onderzoeken en hielpen hen om bruikbare resultaten te bereiken. De geometrie van de bundellijn was ook belangrijk - waardoor het team de röntgenbundel kon afbuigen terwijl het monster horizontaal werd gehouden, waardoor ze weerkaatsen van het oppervlak van de vloeistof. Dit is een experimentele opstelling die alleen beschikbaar is bij enkele synchrotronbundellijnen wereldwijd.

conclusies

Verrassend genoeg ontdekte het team dat het organische monster inert was voor oxidatie door ozon. Echter, toen het experiment werd herhaald met hydroxylradicalen, een reactie tussen de film en radicaal vond plaats. De onderzoekers zeggen dat de resultaten aangeven dat de organische films in het monster voornamelijk bestaan ​​uit verzadigde, in plaats van onverzadigd materiaal. Dit werd ondersteund door gaschromatografie en elektrospray-ionisatie-massaspectrometriestudies.

"Het was een onverwacht en ongewoon resultaat, ", zegt professor King. Het team suggereert dat de niet-reactiviteit van de organische monsters te wijten kan zijn aan hoe lang ze in de atmosfeer waren. Ze zijn nu van plan om andere monsters te testen die uit verschillende omgevingen zijn genomen, zoals dennenbossen waar aerosoldeeltjes pas worden gevormd, om in kaart te brengen hoe hun gedrag kan verschillen.