Odkrywanie tajemnic znaczącego, lecz słabo poznanego składnika cząstek atmosferycznych
Aerozolami (zawiesinami cząstek rozproszonych w gazie, w tym w atmosferze) są np. mgła i dym, a także produkty komercyjne, jak lakier do włosów czy farby w sprayu. Tworzenie chmur oraz zapylanie także wynikają z obecności cząstek w ziemskiej atmosferze. Choć pierwotne aerozole organiczne emitowane są do atmosfery z takich źródeł, jak roślinność czy spalanie paliw, SOA powstają w powietrzu atmosferycznym na skutek wieloetapowych procesów chemicznych. Łącząc innowacyjne metody doświadczalne i metody modelowania, finansowany przez UE projekt QAPPA umożliwił lepsze zrozumienie krytycznych procesów związanych z SOA w mających znaczenie warunkach atmosferycznych, koncentrując się przede wszystkim na SOA pochodzenia biogennego w stanie szklistym (amorficznym stanie stałym lub półstałym).
Interesujące, lecz słabo poznane przejścia stanów fazowych SOA
Procesy rozdzielania stanu gazowego od stałego i gazowego od ciekłego odgrywają kluczową rolę w odniesieniu do transportu i czasu przebywania organicznych zanieczyszczeń w atmosferze, co jest istotne dla kwantyfikacji wpływu SOA na zmiany klimatyczne i stopień zanieczyszczenia powietrza. Jednak jak dotąd zmiany fazowe SOA nie zostały dobrze opisane, podobnie jak wpływ fazy szklistej na różne procesy zachodzące w atmosferze. Jedną z przyczyn niedostatecznej ilości danych na ten temat jest właśnie trudność w ich pozyskaniu i zintegrowaniu. Jak twierdzi koordynatorka projektu, Annele Virtanen: „Pomiary terenowe w różnych środowiskach i warunkach były dla naszej metodologii sporym wyzwaniem. Poza wprowadzeniem usprawnień natury technicznej, musieliśmy także opracować nowe metody analizy danych, aby rozwiązać kwestię wielowymiarowej zależności różnych czynników”.
Odkrycie wcześniej nieznanych zależności
Bazując na wcześniejszych pionierskich pracach doświadczalnych i wykorzystujących modelowanie opublikowanych w prestiżowym recenzowanym czasopiśmie „Nature”, zespołowi udało się przezwyciężyć przeszkody i przesunąć granice możliwości oferowanych przez analizę danych pomiarowych. Jak wyjaśnia Virtanen: „Zespół projektu QAPPA z powodzeniem rozwiązał i skwantyfikował wpływ SOA w amorficznym stanie stałym i półstałym na warunki mające znaczenie dla stanu atmosfery. Zaobserwowaliśmy, że przy niskiej wilgotności atmosferyczne SOA występują przede wszystkim w fazie szklistej. Gdy wilgotność osiąga wartości atmosferyczne, które w wielu środowiskach mogą być relatywnie wysokie, cząsteczki upłynniają się, a rola ograniczeń dyfuzji fazy cząsteczkowej w głównych procesach traci na znaczeniu”. Wyniki pokazują, że w temperaturach powyżej 0 °C rozdzielanie par organicznych zdominowane jest przez ciśnienie par podlegających rozdzieleniu, co jest zasadniczym źródłem niepewności w modelach. W dodatku w tych temperaturach faza szklista nie wpływa znacząco na pochłanianie wody przez organiczne aerozole. Z kolei doświadczenia kontynuowane przez zespół badawczy wykazały, że w temperaturach ujemnych stan szklisty oraz ograniczenia dyfuzji fazy cząsteczkowej mogą mieć wpływ na pochłanianie wody i prawdopodobnie także tworzenie zarodków kryształków lodu w aerozolach organicznych. Cząstki stałe spełniające rolę ośrodków zarodkowania dla kropelek i kryształków lodu w chmurach wpływają na opady atmosferyczne oraz właściwości odbijania światła przez chmury. Virtanen planuje skoncentrować działania badawcze na zagadnieniu niskich temperatur i roli szklistych SOA w procesie powstawania kryształków lodu. Badaczka dodaje też: „Choć fizyczna faza SOA nie odgrywa znaczącej roli w wielu procesach zachodzących w środowisku naturalnym w normalnych warunkach, może mieć istotny wpływ na pomiary laboratoryjne. Powinniśmy o tym pamiętać podczas interpretacji wyników laboratoryjnych, szczególnie, gdy mają być wykorzystane do opracowania i usprawnienia parametrów modeli”.
Słowa kluczowe
QAPPA, wtórne aerozole organiczne (SOA), faza, szkliste, atmosferyczne, cząsteczka, aerozol, temperatura, stan, atmosfera, zarodkowanie, lód, rozdzielanie, gaz, amorficzny stan stały, modelowanie
