Bosbranden zijn wijdverbreid over de hele wereld. Ze komen voor op plaatsen waar planten in overvloed aanwezig zijn, zoals de brandende branden die momenteel branden in het Braziliaanse Amazonegebied. Dergelijke biomassaverbranding (BB) kan een milieuramp zijn.

De rook van BB events produceert grote hoeveelheden aerosoldeeltjes en gassen. Deze emissies kunnen grote problemen veroorzaken voor zichtbaarheid en gezondheid, evenals voor het lokale en mondiale klimaat.

De verwachting is dat de BB-emissies in de toekomst zullen toenemen als gevolg van klimaatverandering. Tarballen, die microscopisch kleine organische BB-deeltjes zijn, worden geschat om tot 30% van de BB-aërosolmassa bij te dragen. Omdat tarballs dominant zijn, lichtabsorberend type aërosoldeeltje in BB-rook, inzicht in hun invloed op het klimaat is cruciaal. Maar details over hoe ze de klimaatverandering vormen en beïnvloeden, zijn onduidelijk.

Senior onderzoeker Kouji Adachi, momenteel werkzaam bij het Meteorologisch Onderzoeksinstituut in Tsukuba, Japan, was van 2005 tot 2011 een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij professor Peter Buseck van de School of Molecular Sciences en School of Earth and Space Exploration van de Arizona State University.

Hun werk trok de aandacht van collega's van het Brookhaven National Lab van het Department of Energy in Upton, New York. hoofdonderzoekers, Arthur Sedlacek III en Lawrence Kleinman, met steun van het Atmospheric Sciences Program, planden de veldcampagne Biomass Burning Operational Period (BBOP), waarin een geïnstrumenteerd vliegtuig snelle chemische veranderingen in de rook van bosbranden zou meten.

Sedlacek en Kleinman benaderden Buseck over deelname aan BBOP, omdat de bemonsteringsstrategie een ideaal laboratorium in de lucht bood om de vorming van tarball te bestuderen.

De resultaten, online gepubliceerd op 5 september zijn in een Proceedings van de National Academy of Sciences paper getiteld "Sferische tarballdeeltjes vormen zich door snelle chemische en fysieke veranderingen van organisch materiaal in biomassa-brandende rook."

De waarnemingen van het team laten zien dat tarballs worden gevormd door een combinatie van chemische en fysieke veranderingen van organische aerosolen die binnen de eerste uren na de rookproductie worden gevormd.

"Ik ben zo blij dat tarballs, het onderwerp van dit artikel, werden voor het eerst gerapporteerd in 2003 papers waarin een ASU chemie afgestudeerde student, Li Jia, en postdoctoraal onderzoeksmedewerker, Mihaly Posfai, waren belangrijke bijdragers; dus de School of Molecular Sciences en de School of Earth and Space Exploration speelden een belangrijke rol, ’ zei Buseck.

Buseck, een ASU Regents Professor, krijgt deze maand ook de Roebling-medaille 2019, de hoogste onderscheiding van de Mineralogische Vereniging van Amerika voor uitmuntend origineel onderzoek in mineralogie.

"Deze studie van tarballdeeltjes en de mogelijke effecten op klimaatverandering toont verder de breedte en diversiteit van Buseck's onderzoek, " zei Meenakshi Wadhwa, directeur van de School of Earth and Space Exploration. "Van geochemie in vaste toestand en mineralogie, naar atmosferische geochemie, naar kosmochemie, hij bewijst voortdurend een pionier in zijn vakgebied te zijn."

"Peter Buseck en zijn groep hebben het gebruik van transmissie-elektronenmicroscopie ontwikkeld om mineralen te bestuderen, meteorieten en aerosoldeeltjes op een uniek interessante manier, " zei professor Neal Woodbury, directeur van de School of Molecular Sciences. "De huidige bevindingen van zijn team over de vorming van tarball zijn een goed voorbeeld en zullen de beoordelingen van de effecten van biomassaverbranding op het regionale en mondiale klimaat aanzienlijk verbeteren."

De in dit onderzoek gebruikte tarballs zijn verzameld bij grote bosbranden die zijn bemonsterd tijdens de BBOP-campagne in de zomer van 2013 in het noordwesten van de Verenigde Staten. Met behulp van een Gulfstream-1 onderzoeksvliegtuig, het team verzamelde bosbrandaërosoldeeltjes op herhaalde vluchten door rookpluimen. Vormen en composities van meer dan 10, 000 deeltjes werden gemeten met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie, met gedetailleerde chemische analyse van tarballs uitgevoerd met behulp van scanning-transmissie-röntgenspectroscopie.

Uit de analyse blijkt dat de fractie aerosoldeeltjes die tarballs zijn, toeneemt met de leeftijd van de deeltjes. In aanvulling, de tarball-verhoudingen van stikstof en zuurstof ten opzichte van kalium, en de deeltjesrondheid, neemt ook toe met de leeftijd van de deeltjes.

Samengevat, De uitstoot van BB, inclusief tarballs, zal naar verwachting de komende decennia toenemen als gevolg van klimaatverandering. Deze studie onthult hun vormingsproces door middel van chemische en microfysische analyses. De bevindingen kunnen worden gebruikt om de interpretatie van BB-rook uit satellietgegevens en grondobservaties te verbeteren door rekening te houden met de vorm van de tarball, viscositeits- en samenstellingsveranderingen tijdens veroudering en om betere schattingen van hun effecten in klimaatmodellen te geven.