Luftkvalitetsvarningar inkluderar ofta halterna av partiklar, små klumpar av molekyler i den nedre atmosfären som kan variera i storlek från mikroskopisk till synlig. Dessa partiklar kan bidra till dis, moln, och dimma och kan också utgöra en hälsorisk, särskilt de i den mindre änden av spektrumet. Partiklar som kallas PM10 och PM2.5, med hänvisning till klumpar som är 2,5 till 10 mikrometer stora, kan andas in, kan skada hjärtat och lungorna.

Denna vecka, en grupp som leds av forskare från University of Pennsylvania i samarbete med ett internationellt team rapporterar en ny faktor som påverkar partikelbildning i atmosfären. Deras analys, publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences , fann att alkoholer som metanol kan minska partikelbildning genom att konsumera en av processens viktigaste ingredienser, svaveltrioxid (SO ₃ ).

"Just nu, vi är alla bekymrade över PM2.5 och PM10 eftersom dessa har några verkliga luftkvalitets- och hälsokonsekvenser, "säger Joseph S. Francisco, en motsvarande författare på tidningen och en atmosfärisk kemist i Penn's School of Arts and Sciences. "Frågan har varit Hur undertrycker du bildandet av denna typ av partiklar? Detta arbete ger faktiskt en mycket viktig insikt, för första gången, hur du kan undertrycka partikeltillväxt. "

"Vi och andra har studerat denna process av hur partiklar växer så att vi bättre kan förstå vädret och hälsokonsekvenserna, "säger Jie Zhong, en postdoktor vid Penn och medförfattare till verket. "Tidigare trodde folk att alkoholer inte var viktiga eftersom de interagerar svagt med andra molekyler. Men alkoholer lockade vår uppmärksamhet eftersom de är rikliga i atmosfären, och vi fann att de faktiskt spelar en viktig roll för att minska partikelbildning. "

Inför detta arbete, Zhong och kollegor hade fokuserat på olika reaktioner med SO ₃ , som kan uppstå från olika typer av föroreningar, som att förbränna fossila bränslen. I kombination med vattenmolekyler, SÅ ₃ bildar svavelsyra, en huvudkomponent i surt regn men också ett av de viktigaste "fröna" för växande partiklar i atmosfären.

Kemister visste att alkoholer inte är särskilt "klibbiga, "bildar endast svaga interaktioner med SO ₃ , och hade därför avfärdat det som en viktig bidragande faktor till partikelbildning. Men när Zhong och kollegor tittade närmare på, med kraftfulla beräkningskemiska modeller och molekylära dynamiksimuleringar, de insåg att SÅ ₃ kan verkligen reagera med alkoholer som metanol när det är mycket av det i atmosfären. Den resulterande produkten, metylvätesulfat (MHS), är tillräckligt klibbig för att delta i partikelbildningsprocessen.

"Eftersom denna reaktion omvandlar alkoholer till mer klibbiga föreningar, säger Zhong, "inledningsvis trodde vi att det skulle främja partikelbildningsprocessen. Men det gör det inte. Det är den mest intressanta delen. Alkoholer konsumerar eller tävlar om SO ₃ så mindre av det är tillgängligt för att bilda svavelsyra. "

Även om reaktionen mellan metanol och SO ₃ kräver mer energi, forskarna fann att MHS själv, förutom svavelsyra och vatten, kan katalysera metanolreaktionen.

"Det var en intressant del för oss, att upptäcka att MHS kan katalysera sin egen bildning, "säger Francisco." Och det som också var unikt med det här arbetet och det som överraskade oss var effekten av effekten. "

Francisco och Zhong noterar att under torra och förorenade förhållanden när alkoholer och SO ₃ är rikliga i atmosfären men vattenmolekyler är mindre tillgängliga, denna reaktion kan spela en särskilt viktig roll för att sänka partikelbildningshastigheten. Ändå erkänner de också att MHS, produktionen av metanol-SO ₃ reaktion, har också kopplats till negativa hälsoeffekter.

"Det är en balans, "säger Zhong." Å ena sidan minskar denna reaktion nya partiklar, men å andra sidan producerar den en annan produkt som inte är särskilt hälsosam. "

Vad den nya insikten om partikelbildning erbjuder, dock, är information som kan driva mer exakta modeller för luftföroreningar och till och med väder och klimat, säger forskarna. "Dessa modeller har inte varit särskilt exakta, och nu vet vi att de inte införlivade denna mekanism som inte tidigare kände igen, "Säger Zhong.

Som ett nästa steg, forskarna undersöker hur kallare förhållanden, med snö och is, påverka ny partikelbildning. "Det är mycket lämpligt eftersom vintern kommer." Säger Francisco.