Forskare från Carnegie Mellon University som arbetar med ett internationellt team av forskare har upptäckt en tidigare okänd mekanism som gör att atmosfäriska partiklar kan bildas mycket snabbt under vissa förhållanden. Forskningen, som publicerades i tidskriften Natur , skulle kunna hjälpa ansträngningar att modellera klimatförändringar och minska partikelföroreningar i städer.

"De enda verkliga osäkerheterna i vår förståelse av klimatet i atmosfären har att göra med fina partiklar och moln, hur dessa har förändrats över tiden och hur de kommer att reagera på klimatförändringarna, sa Neil Donahue, Thomas Lord University professor i kemi och professor vid avdelningarna för kemiteknik, och teknik och offentlig politik.

Antalet partiklar i atmosfären vid varje given tidpunkt kan ha stora effekter lokalt och globalt, inklusive att bidra till ohälsosam smog i städer och påverka jordens klimat. Dock, partiklar måste nå en viss storlek - runt 100 nanometer i diameter - för att bidra till dessa effekter, Donahue noterade.

Om partiklarna inte når den storleken, de blir snabbt underkastade andra, större partiklar. Detta innebär att man kan förvänta sig att få nya partiklar skapas i förorenade stadsmiljöer där luften redan är full av större partiklar som kan slumra upp små, nya partiklar. Ändå är ny partikelbildning relativt vanlig i dessa miljöer, som tydligt kan ses när diset snabbt reformeras efter regn i städer runt om i världen.

Donahue tror att svaret på det mysteriet kan ligga i denna nya forskning. "Vi hittade ett nytt sätt för små kärnförsedda partiklar i atmosfären att växa upp snabbt för att bli tillräckligt stora för att påverka klimat och hälsa, " han sa.

Donahues labbgrupp har länge varit en del av CLOUD-experimentet, ett internationellt samarbete av forskare som använder en speciell kammare vid CERN i Schweiz för att studera hur kosmiska strålar påverkar bildandet av partiklar och moln i atmosfären. Kammaren tillåter forskare att exakt blanda ångformiga föreningar och observera hur partiklar bildas och växer från dem.

I den här studien, designad av Carnegie Mellon kemi doktorand Mingyi Wang, CLOUD-teamet kondenserade salpetersyra- och ammoniakångor över ett brett temperaturområde och fann att de resulterande nya partiklarna kan växa 10 till 100 gånger snabbare än tidigare observerat, så att de kan nå storlekar som är tillräckligt stora för att undvika att konsumeras av andra partiklar. Föreningen som bildas av de två ångorna, ammoniumnitrat (ett vanligt gödselmedel), var tidigare känt för att vara en bidragande orsak till luftföroreningar inom större partiklar, men dess roll i att hjälpa små partiklar att växa var inte känd.

"Detta kan hjälpa till att förklara hur kärnkärniga partiklar växer upp i förorenade urbana förhållanden i megastäder, vilket har varit ett stort pussel, liksom hur de bildas i de övre delarna av atmosfären, där de kan ha en stark klimateffekt, "Förklarade Donahue. Teamet arbetar nu med att studera hur denna mekanism fungerar i jordens övre atmosfär.

För Wang, som fungerade som medledare för studien, denna forskning har rötter i hans angelägna önskan att förstå luftföroreningar. Efter ett forskarprojekt där han fick prova och analysera PM2.5, Wang bestämde sig för att fortsätta inom detta forskningsområde för att bättre utforska hur dessa små partiklar kan ha en så stor inverkan på planeten och hur den påverkan kan åtgärdas.

"Jag insåg att de atmosfäriska partiklarna aldrig har varit ett enkelt luftkvalitetsproblem som bara Asien behöver ta itu med, " sa Wang. "Snarare, de är en global utmaning på grund av deras hälso- och klimateffekter. "