Onderzoekers van de Carnegie Mellon University hebben in samenwerking met een internationaal team van wetenschappers een voorheen onbekend mechanisme ontdekt waardoor atmosferische deeltjes zich onder bepaalde omstandigheden zeer snel kunnen vormen. Het onderzoek, die in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuur , zou kunnen helpen bij het modelleren van klimaatverandering en het verminderen van deeltjesvervuiling in steden.

"De enige echte onzekerheden in ons begrip van het klimaat in de atmosfeer hebben te maken met fijne deeltjes en wolken, hoe deze in de loop van de tijd zijn veranderd en hoe ze zullen reageren op klimaatverandering, " zei Neil Donahue, Thomas Lord University Professor of Chemistry en een professor in de afdelingen Chemische Technologie, en Engineering en Openbaar Beleid.

Het aantal deeltjes in de atmosfeer op een bepaald moment kan zowel lokaal als wereldwijd grote effecten hebben, waaronder het bijdragen aan ongezonde smog in steden en het beïnvloeden van het klimaat op aarde. Echter, deeltjes moeten een bepaalde grootte bereiken - ongeveer 100 nanometer in diameter - om bij te dragen aan die effecten, merkte Donahue op.

Als deeltjes die grootte niet bereiken, ze gaan snel op in andere, grotere deeltjes. Dit betekent dat je zou verwachten dat er weinig nieuwe deeltjes ontstaan ​​in vervuilde stedelijke omgevingen waar de lucht al vol zit met grotere deeltjes die kleine, nieuwe deeltjes. Toch is de vorming van nieuwe deeltjes relatief gebruikelijk in die omgevingen, zoals duidelijk te zien is wanneer nevel zich snel hervormt na regenval in steden over de hele wereld.

Donahue denkt dat het antwoord op dat mysterie in dit nieuwe onderzoek ligt. "We hebben een nieuwe manier gevonden om kleine kerndeeltjes in de atmosfeer snel op te laten groeien en groot genoeg te worden om het klimaat en de gezondheid te beïnvloeden, " hij zei.

De laboratoriumgroep van Donahue maakt al lang deel uit van het CLOUD-experiment, een internationale samenwerking van wetenschappers die een speciale kamer bij CERN in Zwitserland gebruiken om te bestuderen hoe kosmische straling de vorming van deeltjes en wolken in de atmosfeer beïnvloedt. De kamer stelt onderzoekers in staat om dampvormige verbindingen nauwkeurig te mengen en te observeren hoe deeltjes zich vormen en daaruit groeien.

In dit onderzoek, ontworpen door Carnegie Mellon promovendus chemie Mingyi Wang, het CLOUD-team condenseerde salpeterzuur- en ammoniakdampen over een breed temperatuurbereik en ontdekte dat de resulterende nieuwe deeltjes 10 tot 100 keer sneller kunnen groeien dan eerder werd waargenomen, waardoor ze afmetingen kunnen bereiken die groot genoeg zijn om te voorkomen dat ze door andere deeltjes worden geconsumeerd. De verbinding gevormd uit die twee dampen, ammoniumnitraat (een veel voorkomende meststof), eerder bekend was dat het een bijdrage leverde aan luchtvervuiling binnen grotere deeltjes, maar zijn rol bij het helpen groeien van kleine deeltjes was niet bekend.

"Dit kan helpen verklaren hoe genucleëerde deeltjes opgroeien in vervuilde stedelijke omstandigheden in megasteden, wat een grote puzzel was, en hoe ze zich vormen in de bovenste delen van de atmosfeer, waar ze een sterk klimaateffect kunnen hebben, " legde Donahue uit. Het team onderzoekt nu hoe dit mechanisme zich afspeelt in de bovenste atmosfeer van de aarde.

voor Wang, die als co-leider van de studie diende, dit onderzoek is geworteld in zijn sterke wens om luchtvervuiling te begrijpen. Na een niet-gegradueerd onderzoeksproject waar hij PM2.5 mocht bemonsteren en analyseren, Wang besloot dit onderzoeksgebied voort te zetten om beter te onderzoeken hoe deze kleine deeltjes zo'n grote impact op de planeet kunnen hebben en hoe die impact kan worden verholpen.

"Ik realiseerde me dat die atmosferische deeltjes nooit een eenvoudig luchtkwaliteitsprobleem zijn geweest waar alleen Azië mee te maken heeft, " zei Wang. "Integendeel, ze zijn een wereldwijde uitdaging vanwege hun gezondheids- en klimaateffecten."