Nowe spojrzenie na rolę powierzchni cząstek aerozolu
Unoszące się w powietrzu cząstki otaczają nas zewsząd i wpływają na nas na różne sposoby, stanowiąc wektory wirusów lub czynniki powodujące zmiany klimatu. Związek między emitowanymi przez nas cząstkami a otaczającym nas środowiskiem jest złożony. Pilnie potrzebujemy lepszego zrozumienia tej dynamiki. Właśnie to było celem projektu SURFACE, realizowanego przy wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Każda pojedyncza kropla chmury została zarodkowana na powierzchni cząstki aerozolu. Aerozole i kropelki stanowią nośniki dla chemii fazy skondensowanej w atmosferze, ale nadal istnieją duże luki w naszym rozumieniu ich powstawania, przemian i interakcji klimatycznych” — mówi główna badaczka Nønne Prisle(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesorka w Centrum Badań Atmosferycznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Reakcje chemiczne i przemiany fizyczne w atmosferze
Atmosfera składa się z ogromnej liczby różnych związków chemicznych, z których każdy jest obecny w bardzo małych ilościach. Mogą brać udział w wielu różnych reakcjach chemicznych i przemianach fizycznych. „Wszystkie reakcje i transformacje zachodzą w tym samym czasie, ale w bardzo różnych skalach czasowych, więc ich rozwikłanie jest praktycznie niemożliwe, tak na poziomie eksperymentalnym, jak i teoretycznym” — wyjaśnia Prisle. Jeśli chodzi o aerozole, analiza jest równie trudna. Ich rozmiary są bardzo zróżnicowane, składają się z wielu różnych skondensowanych ze sobą cząsteczek, a mimo to są tak małe, że całkowita ilość materiału jest bardzo niewielka. Jak zauważa Prisle: „Opracowano instrumenty do wykrywania składu powierzchni. Jednak dopiero niedawno stało się możliwe wykorzystanie ich do powierzchni materiałów istotnych dla atmosfery. Eksperymenty te są bardzo trudne do przeprowadzenia i przeanalizowania, a nam jako jednym z pierwszych udało się tego dokonać”. Jedną z kluczowych metod stosowanych przez zespół projektu SURFACE jest synchrotronowa spektroskopia fotoelektronowa(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Technika ta wykorzystuje bardzo silne promieniowanie rentgenowskie, generowane w dużych urządzeniach synchrotronowych, do badania próbek na poziomie molekularnym. „Promieniowanie rentgenowskie wybija elektrony z cząsteczek w próbce, a my zbieramy te elektrony i mierzymy ich prędkość. Na podstawie tej prędkości możemy określić tożsamość cząsteczek na powierzchni i ich sąsiedztwo. Liczba wykrytych elektronów pozwala nam określić ilość poszczególnych typów cząsteczek” — wyjaśnia Prisle. Następnie w ramach projektu wygenerowano próbki aerozolu w komorach symulacji atmosferycznych. „Użyliśmy szeregu instrumentów, z których niektóre są unikalne na skalę światową, aby zbadać ich właściwości fizyczne i chemiczne oraz zdolność do tworzenia kropelek chmur i wpływania na chemię atmosfery”. Po zbadaniu właściwości fizycznych próbek zespół projektu SURFACE opracował wydajne obliczeniowo sposoby uwzględnienia ich w modelach klimatycznych. „Modele ujawniły, że właściwości powierzchni mogą wpływać na działanie aerozolu w skali globalnej” — zauważa Prisle.
Wpływ specyficznych właściwości powierzchni na działanie aerozoli
Projekt SURFACE, przeprowadzony na Uniwersytecie w Oulu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Finlandii, wykazał wyraźny i znaczący wpływ właściwości specyficznych dla powierzchni na oddziaływanie aerozoli na każdym poziomie. „Myślę, że można nazwać te efekty odciskami palców” — mówi. „Nasze badania naprawdę otworzyły zupełnie nowy wymiar, który należy wziąć pod uwagę, taki jak skład chemiczny i warunki fizyczne, kiedy interpretujemy i przewidujemy skutki aerozoli w atmosferze” — dodaje Prisle.
