Рис. 1. Картина отражения частиц вторичных органических аэрозолей позволяет говорить о том, что они находятся в аморфном состоянии. (Рисунок из Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature09455).
Частицы вторичных органических аэрозолей [secondary organic aerosol (SOA)] появляются в атмосфере благодаря окислению летучих органических соединений [volatile organic compounds (VOC)], главным образом имеющих растительное происхождение. Эти аэрозоли влияют на климат Земли, рассеивая излучение Солнца и играя роль центров нуклеации для облаков. Информация об их агрегатном и фазовом состоянии важна для понимания того, как образуются атмосферные аэрозоли, а это, в свою очередь, важно для построения климатических и метеорологических моделей. Хотя ранее уже высказывались предположения о том, что частицы вторичных органических аэрозолей твердые, новое исследование предоставляет прямое экспериментальное доказательство этих догадок, и говорящее о том, что существующие модели протекания атмосферных процессов должны быть пересмотрены.
Возглавлявшая исследование Аннеле Виртанен (Annele Virtanen) из Технологического Университета Тампере (Финляндия) отмечает, что первоначальный анализ экспериментальных данных привел к тому, что исследователи начали сомневаться в исправности своей аппаратуры. Лишь многочисленные дополнительные эксперименты и тщательный анализ убедили исследователей в том, что единственное объяснение наблюдаемым результатам может быть только то, что частицы аэрозоля не жидкие, а твердые.
Исследователи улавливали частицы вторичных органических аэрозолей, накапливающиеся в камерах, в которых росли саженцы шотландской сосны. Растения выделяют терпеноиды, которые, попадая в атмосферу, реагируют с кислородом, озоном и гидроксильными радикалами, образуя частицы вторичных органических аэрозолей. С помощью электрического импактора низкого давления исследователи осаждали частицы аэрозоля, заставляя их сталкиваться с металлической подложкой-субстратом. Будучи в жидком состоянии, частицы должны были оседать на поверхность субстрата, однако исследователи наблюдали их отражение от субстрата.
Сравнение картины взаимодействия частиц вторичных органических аэрозолей с поверхностью металлического субстрата с известными картинами взаимодействия аэрозольных частиц, находящихся в жидком, кристаллическом или аморфном состоянии, исследователи сделали вывод о том, что частицы вторичных органических аэрозолей должны представлять аморфные твердые тела. Эта гипотеза была подтверждена с помощью электронной микроскопии, которая помимо фазового состояния частиц позволила определить их форму.
Исследования вторичных органических аэрозолей в естественных природных условиях – в северных хвойных лесах позволили получить результаты, близкие результатам, полученным в «парнике» с саженцами. Хотя фактор отражения частиц вторичных органических аэрозолей, образующихся в естественных условиях, был ниже, чем фактор отражения, зафиксированный для модели, он был существенно выше фактора отражения жидких частиц (определенных на основании модельных аэрозолей из диоктилового эфира себациновой кислоты) и слегка выше фактора отражения кристаллических частиц (в этом случае модельный аэрозоль состоял из частиц сульфата аммония).
Тем не менее, открытие не означает, что все существующие климатические модели в корне неверны. Виртанен отмечает, что в настоящее время в климатических моделях основная неопределенность связана с магнитудой охлаждающего эффекта, создаваемого аэрозолями. Исследователи уверены, что предсказательная способность моделей в атмосферной химии станет более точной при использовании в их построении правильного агрегатного и фазового состояния аэрозолей, а также химических процессов образования вторичных органических аэрозолей, хотя и существует вероятность того, что точность предсказаний останется на том же уровне, что и точность существующих атмосферно-климатических моделей.
По материалам: chemport.ru
