Luchtkwaliteitswaarschuwingen bevatten vaak de niveaus van fijnstof, kleine klompjes moleculen in de lagere atmosfeer die in grootte kunnen variëren van microscopisch tot zichtbaar. Deze deeltjes kunnen bijdragen aan nevel, wolken, en mist en kan ook een gezondheidsrisico vormen, vooral die aan de kleinere kant van het spectrum. Deeltjes bekend als PM10 en PM2.5, verwijzend naar bosjes van 2,5 tot 10 micrometer groot, kan worden ingeademd, mogelijk schadelijk voor het hart en de longen.

Deze week, een groep onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Pennsylvania in samenwerking met een internationaal team rapporteert een nieuwe factor die de vorming van deeltjes in de atmosfeer beïnvloedt. Hun analyse, gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , ontdekte dat alcoholen zoals methanol de vorming van deeltjes kunnen verminderen door een van de belangrijkste ingrediënten van het proces te consumeren, zwaveltrioxide (SO ₃ ).

"Direct, we maken ons allemaal zorgen over PM2.5 en PM10 omdat deze echte gevolgen hebben voor de luchtkwaliteit en de gezondheid, " zegt Joseph S. Francisco, een corresponderende auteur op het papier en een atmosferische chemicus in Penn's School of Arts and Sciences. "De vraag was Hoe onderdruk je de vorming van dit soort deeltjes? Dit werk geeft eigenlijk een heel belangrijk inzicht, Voor de eerste keer, hoe je deeltjesgroei kunt onderdrukken."

"Wij en anderen hebben dit proces van hoe deeltjes groeien bestudeerd, zodat we het weer en de gevolgen voor de gezondheid beter kunnen begrijpen, " zegt Jie Zhong, een postdoctoraal onderzoeker bij Penn en co-hoofdauteur van het werk. "Vroeger dachten mensen dat alcoholen niet belangrijk waren omdat ze een zwakke wisselwerking hebben met andere moleculen. Maar alcoholen trokken onze aandacht omdat ze overvloedig aanwezig zijn in de atmosfeer, en we ontdekten dat ze in feite een belangrijke rol spelen bij het verminderen van de vorming van deeltjes."

In de aanloop naar dit werk, Zhong en collega's waren gefocust op verschillende reacties waarbij SO . betrokken was ₃ , die kunnen ontstaan ​​door verschillende soorten vervuiling, zoals het verbranden van fossiele brandstoffen. In combinatie met watermoleculen, DUS ₃ vormt zwavelzuur, een hoofdbestanddeel van zure regen, maar ook een van de belangrijkste "zaden" voor het kweken van deeltjes in de atmosfeer.

Chemici wisten dat alcoholen niet erg "plakkerig, " vormen slechts zwakke interacties met SO ₃ , en had het dus afgedaan als een belangrijke bijdrage aan de vorming van deeltjes. Maar toen Zhong en collega's nader keken, met behulp van krachtige computationele chemiemodellen en moleculaire dynamische simulaties, ze realiseerden zich dat SO ₃ zou inderdaad kunnen reageren met alcoholen zoals methanol als er veel van in de atmosfeer is. Het resulterende product, methylwaterstofsulfaat (MHS), is plakkerig genoeg om deel te nemen aan het deeltjesvormingsproces.

"Omdat deze reactie alcoholen omzet in meer kleverige verbindingen, " zegt Zhong, "Aanvankelijk dachten we dat het het deeltjesvormingsproces zou bevorderen, maar dat is niet het geval. Dat is het meest interessante deel. Alcoholen consumeren of strijden om SO ₃ dus er is minder beschikbaar om zwavelzuur te vormen."

Hoewel de reactie tussen methanol en SO ₃ meer energie nodig, vonden de onderzoekers dat MHS zelf, naast zwavelzuur en water, zou de methanolreactie kunnen katalyseren.

"Dat was een interessant onderdeel voor ons, om te ontdekken dat de MHS zijn eigen vorming kan katalyseren, ", zegt Francisco. "En wat ook uniek was aan dit werk en wat ons verraste, was de impact van het effect."

Francisco en Zhong merken op dat in droge en vervuilde omstandigheden, wanneer alcoholen en SO ₃ zijn overvloedig aanwezig in de atmosfeer, maar watermoleculen zijn minder beschikbaar, deze reactie kan een bijzonder belangrijke rol spelen bij het verlagen van de snelheid van deeltjesvorming. Toch erkennen ze ook dat MHS, de productie van de methanol-SO ₃ reactie, is ook in verband gebracht met negatieve gezondheidseffecten.

"Het is een balans, " zegt Zhong. "Aan de ene kant vermindert deze reactie de vorming van nieuwe deeltjes, maar aan de andere kant levert het een ander product op dat niet erg gezond is."

Wat het nieuwe inzicht in deeltjesvorming wel biedt, echter, is informatie die nauwkeurigere modellen voor luchtvervuiling en zelfs weer en klimaat kan aansturen, zeggen de onderzoekers. "Deze modellen waren niet erg nauwkeurig, en nu weten we dat ze dit mechanisme niet gebruikten dat voorheen niet werd herkend, ' zegt Zhong.

Als volgende stap, onderzoeken de onderzoekers hoe koudere omstandigheden, met sneeuw en ijs, invloed hebben op de vorming van nieuwe deeltjes. "Dat is heel toepasselijk, want de winter komt eraan." zegt Francisco.