Ранее можно было обнаружить только нейтральные кластеры, содержащие до двух молекул серной кислоты. Однако в настоящем исследовании были обнаружены молекулярные кластеры, содержащие до 14 молекул серной кислоты и 16 молекул диметиламина, и их рост путем присоединения отдельных молекул наблюдался в реальном времени, начиная с одной молекулы. Более того, эти измерения проводились при концентрациях серной кислоты и диметиламина, соответствующих атмосферным уровням (менее 1 молекулы серной кислоты на 1 x 1013 молекул воздуха).
Способность молекул серной кислоты вместе с водой и аммиаком образовывать кластеры и частицы была признана в течение нескольких лет. Однако кластеры, которые образуются таким образом, могут испаряться в условиях, существующих в атмосфере. Напротив, система серной кислоты и диметиламина образует частицы гораздо более эффективно, потому что даже самые маленькие кластеры по существу устойчивы к испарению. В этом отношении диметиламин может действовать как «суперклей», потому что при взаимодействии с серной кислотой каждое столкновение между кластером и молекулой серной кислоты необратимо связывает их.
Серная кислота, а также амины в современной атмосфере имеют в основном антропогенные источники.Серная кислота образуется в основном в результате окисления диоксида серы, а амины — например, из животноводства. В методе измерения нейтральных кластеров используется комбинация масс-спектрометра и источника химической ионизации, разработанная Франкфуртским университетом и университетом Хельсинки. Измерения были выполнены в рамках международного сотрудничества в камере CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) в CERN (Европейская организация ядерных исследований).
Результаты позволяют очень подробно изучить химическую систему, которая может иметь отношение к образованию атмосферных частиц. Частицы аэрозоля влияют на климат Земли через образование облаков: облака могут образовываться только при наличии так называемых ядер конденсации облаков (CCN), которые действуют как семена для конденсации молекул воды.
В глобальном масштабе около половины CCN возникает в результате вторичного процесса, который включает образование небольших кластеров и частиц на самом первом этапе с последующим ростом до размеров не менее 50 нанометров.Наблюдаемый процесс образования частиц из серной кислоты и диметиламина также может иметь отношение к образованию CCN.
Высокая концентрация CCN обычно приводит к образованию облаков с высокой концентрацией мелких капель; тогда как меньшее количество CCN приводит к образованию облаков с небольшим количеством крупных капель. Таким образом можно повлиять на радиационный баланс Земли, климат, а также на характер осадков.
Развернутый метод также откроет новое окно для будущих измерений образования частиц в других химических системах.