К такому выводу пришли результаты международного исследования, проведенного Институтом тропосферных исследований им. Лейбница (TROPOS) и Хельсинкским университетом. Результаты были проведены в лабораторном эксперименте в Лейпциге. Результаты впервые показывают для ряда природных соединений, на которые в совокупности приходится около 70 процентов выбросов биологических углеводородов, сколько каждое соединение производит продукты с низкой летучестью и как они могут повлиять на климат посредством образования аэрозольных частиц.
Исследование опубликовано в Интернете в раннем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS).Частицы аэрозоля действуют как облачные капли и, таким образом, отражают солнечную радиацию обратно в космос, охлаждая планету. Они играют решающую роль в формировании облаков и, следовательно, также влияют на количество осадков, облачный покров и климат в целом. Крошечные частицы аэрозоля могут происходить, например, из пыль, пыльца или морские брызги, выбрасываемые прямо в атмосферу, или они могут образовываться из газов-прекурсоров.
Это преобразование газа в частицы — сложный процесс, и некоторые части его первых шагов до сих пор остаются нерешенными учеными. Это включает роль окисленных летучих органических соединений, таких как лимонен и альфа-пинен, типичных запахов цитрусовых и хвойных лесов, в образовании аэрозолей. Эти соединения сначала выбрасываются растениями в атмосферу, а затем окисляются обычными окислителями, озоном или ОН-радикалами. Производят ли эти реакции конденсирующиеся пары, которые могут конденсироваться на мельчайших частицах или даже на молекулах, могут иметь сильное влияние на образование аэрозоля.
Пока эти процессы плохо изучены, трудно дать точные прогнозы будущего климата с помощью современных климатических моделей.Международная группа атмосферных химиков и физиков теперь могла бы решить еще одну часть климатической головоломки с помощью лабораторных экспериментов и моделирования глобальных моделей. Ключом к этим результатам стало исследование, проведенное группой исследователей из Хельсинкского университета, Финляндия, и исследовательского центра Julich в Германии. Об открытии органических соединений с чрезвычайно низкой летучестью (ELVOC) было опубликовано в прошлом году в журнале Nature.
Эти наблюдаемые сильно кислородсодержащие органические вещества или ELVOC могут поддерживать рост мельчайших наночастиц и, таким образом, могут объяснить вклад органических соединений в образование аэрозолей. Второе открытие было сделано командой Лейпцига-Хельсинки, которая обнаружила механизм, приводящий к быстрому образованию этих окисленных органических соединений.
В журнале "Angewandte Chemie" Йокинен и его коллеги сообщают, что самоокисление, которое может, например, испортить пластмассу или пищу, также играет важную роль в образовании атмосферного аэрозоля. В «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) команда теперь изучает, как различные биогенные соединения производят ELVOC и насколько эти соединения важны для атмосферных процессов. Впервые они смогли оценить глобальные эффекты ELVOC в образовании ядер конденсации облаков.Чтобы исследовать образование органических соединений с чрезвычайно низкой летучестью, команда исследовала пять многочисленных биогенных органических соединений с различными химическими структурами.
Все соединения вступили в реакцию с озоном и радикалами ОН с образованием ELVOC. Они обнаружили, что образование ELVOC происходит очень быстро и что химическая структура газов-прекурсоров определяет, насколько эффективно они образуют ELVOC.«Структура биогенных соединений, выбрасываемых в атмосферу, влияет на то, как они окисляются в воздухе, и выделяют ли они пары, которые могут конденсироваться», — резюмирует ведущий автор Туйя Йокинен из Хельсинкского университета, проводившая эти исследования в Лейпциге в ТРОПОС. В экспериментах пять биогенных органических газов (лимонен, α-пинен, α-пинен, мирцен и изопрен) пропускали через ламинарную проточную трубку и затем исследовали с помощью масс-спектрометра CI-APi-TOF. «Наши результаты показывают, что озонолиз монотерпенов, таких как? -Пинен или лимонен, приводит к большей эффективности производства ELVOC, чем хорошо известное окисление через ОН-радикалы.
С другой стороны,? -Пинен, мирцен и изопрен производят гораздо меньше ELVOC, которые являются важными биогенными источниками образования частиц в атмосфере, — подчеркивает д-р Торстен Берндт из TROPOS, который участвовал во всех трех публикациях.Результаты экспериментов были включены в глобальную модель атмосферы для оценки воздействия ELVOC на образование и рост частиц в атмосфере. Международная команда использовала ECHAM5-HAM, модель аэрозольного климата, которая была первоначально разработана в Институте метеорологии Макса Планка в Гамбурге. По словам исследователей, расширенная модель в исследовании является первой глобальной моделью аэрозолей, которая сочетает процессы образования вторичного органического аэрозоля (SOA) с производством ELVOC в результате экспериментов. «Результаты показывают, что биогенные процессы, образующие SOA в целом, и недавно открытые соединения ELVOC в частности, играют чрезвычайно важную роль в химии атмосферы», — объясняет профессор Хартмут Херрманн, глава отдела химии атмосферы в TROPOS.
Недавно опубликованные результаты исследований предоставляют дополнительные доказательства того, что леса могут влиять на климат, производя пары с низкой летучестью, которые способны конденсироваться и расти в виде аэрозольных частиц. Эти результаты помогут улучшить климатические модели, которые используются для описания будущего климата.