Små partiklar i luften som kallas aerosoler spelar en viktig roll i molnbildning, vilket i sin tur påverkar vår planets klimat. Än så länge är effekten av aerosoler på molnbildningen fortfarande full av osäkerheter. Bland dessa osäkerheter är reaktiviteten hos organiska filmer som har visat sig belägga atmosfäriska aerosoler. Nu har forskare riktat sin uppmärksamhet mot att studera dessa med hjälp av Surface and Interface Diffraction beamline (I07) vid Diamond Light Source.
I arbete nyligen publicerat i Atmosfärisk miljö forskare undersökte reaktiviteten hos de organiska filmer som finns på en aerosols yta. Efter att ha extraherat det organiska materialet från atmosfäriska aerosolprover placerade de det på en luft-vattengränsyta, exponeras för ozongas. Ozon är en vanlig atmosfärisk oxidant. Genom röntgenreflektionsmätningar samlade vid Diamonds I07 strållinje, de fann mycket överraskande att de organiska proverna var inerta mot oxidation av ozongas. Dock, proverna reagerade när de exponerades för hydroxylradikaler under samma förhållanden.
För att förklara bristen på reaktion med ozon, teamet föreslår att de insamlade proverna kan innehålla större mängder mättat än omättat material. De säger att deras resultat indikerar att atmosfäriska aerosoler kan vara mindre reaktiva i atmosfären än vad man tidigare trott. De planerar nu att testa denna teori genom att undersöka ytterligare organiska prover tagna från olika typer av atmosfäriska aerosoler för att kartlägga deras reaktivitet.
Moln och vårt klimat
Molnen i vår atmosfär har en betydande effekt på jordens klimat, eftersom de är otroligt reflekterande, studsar en betydande del av solens ljus tillbaka ut i rymden. Reflexionen verkar för att kyla planetens yta, med deras kylande effekt nästan lika stor som växthusgasernas uppvärmningseffekt.
Nyckeln till bildandet av moln är aerosoler, små partiklar i luften runt vilka vattendroppar kondenserar för att så småningom bilda moln. Alla molndroppar i atmosfären har bildats på atmosfäriska aerosoler. Om aerosolarnas kemiska egenskaper modifieras kan de påverka storleken och antalet molndroppar i ett moln, mängden nederbörd och hur mycket ljus som reflekteras tillbaka till rymden. Att ändra storleken och antalet täthet för molndropparna ändrar molnets reflektionsförmåga. "En liten kemisk förändring kan orsaka en klimatskillnad, säger professor Martin King, från Royal Holloway University of London och motsvarande författare om studien.
Studier har visat att dessa aerosoler ofta är belagda i organiska filmer, vilket kan påverka den övergripande reaktiviteten och beteendet hos dessa typer av partiklar. Så, för att upptäcka mer om egenskaperna hos de aerosoler som ligger i hjärtat av molnbildning, Professor King och hans kollegor inklusive forskare från Laser Science Facility (RAL) och Uppsala universitet, riktade sin uppmärksamhet mot filmerna.
Strållinjetekniker
Teamet extraherade det organiska materialet från prover av atmosfäriska aerosoler innan de placerade materialet på en luft-vattengränsyta och exponerade provet för ozongas. Detta var första gången verkliga prover av filmerna hade undersökts, som tidigare studier har alla använt proxy för de organiska filmerna.
För att avgöra om filmerna reagerade med ozon använde teamet röntgenreflektionsmätningar vid Diamond's Surface and Interface Diffraction beamline (I07). Röntgenmätningarna gav information om förändringen av filmens tjocklek och identitet före och efter exponering för ozon.
I07 beamline erbjöd extremt bra signal-till-brus upp till höga reflektionsvinklar och en snabb insamling av data, egenskaper som var avgörande för den här typen av experiment. "Proverna var mycket svåra, säger professor King, "de såg i princip ut som smutsigt vatten." Eftersom teamet var nya användare var Diamond-personalen en kritisk del av studierna och hjälpte dem att uppnå användbara resultat. Strållinjens geometri var också viktig – så att teamet kunde avleda röntgenstrålen samtidigt som provet hölls horisontellt, så att de kan studsa från vätskans yta. Detta är ett experimentellt arrangemang endast tillgängligt vid ett fåtal synkrotronstrålar över hela världen.
Slutsatser
Teamet fann överraskande att det organiska provet var inert mot oxidation av ozon. Dock, när experimentet upprepades med hydroxylradikaler, en reaktion mellan filmen och radikalen ägde rum. Forskarna säger att resultaten indikerar att de organiska filmerna i provet huvudsakligen består av mättade, snarare än omättat material. Detta stöddes av gaskromatografi och elektrosprayjoniseringsmasspektrometristudier.
"Det var ett oväntat och ovanligt resultat, " säger professor King. Teamet föreslår att oreaktiviteten hos de organiska proverna kan bero på hur länge de hade varit i atmosfären. De planerar nu att testa andra prover tagna från olika miljöer, som tallskogar där aerosolpartiklar är nybildade, för att kartlägga hur deras beteende kan skilja sig åt.
