Forskare vid Paul Scherrer Institute PSI har för första gången studerat hur kemiska reaktioner i moln kan påverka det globala klimatet. De fann att isopren, den dominerande icke-metanorganiska föreningen som släpps ut i atmosfären, kan starkt bidra till bildandet av organiska aerosoler i moln. De publicerade sina resultat i dag i tidskriften Vetenskapens framsteg .

Aerosoler, en blandning av fasta eller flytande partiklar suspenderade i luften, spelar en viktig roll i jordens klimat. Aerosoler kommer antingen från naturliga eller mänskliga källor. De påverkar jordens strålningsbalans genom att interagera med solljus och bilda moln. Dock, deras effekt är fortfarande den enskilt största osäkerheten i klimatmodeller.

Ett ämne som är mycket vanligt i atmosfären är isopren, en organisk förening vars reaktioner i gasfasen är relativt välkända. Isopren avges av träd och kan producera aerosoler när det oxideras. Hur isopren och dess reaktionsprodukter reagerar i molndroppar är fortfarande i stort sett okänt. Det är därför som forskare vid Paul Scherrer Institute PSI har använt en typ av flödesreaktor med blöta väggar, tillsammans med de mest avancerade masspektrometrarna, för att undersöka vad som kan hända kemiskt inuti moln för första gången under atmosfäriskt relevanta förhållanden.

"Vår experimentella uppställning tillåter oss för första gången att exakt undersöka fördelningen av organiska ångor vid luft-vattengränssnittet under nära miljöförhållanden, säger Houssni Lamkaddam, en forskare vid Laboratory of Atmospheric Chemistry vid PSI. "Med vår apparat, vi kan nu simulera vad som händer i moln."

Vad exakt händer i moln?

I den speciella apparaten, en så kallad vätningsreaktor, en tunn film av vatten hålls kvar på insidan av ett kvartsrör. En gasblandning innehållande, bland andra ämnen, isopren, ozon, och så kallade hydroxylradikaler matas in i glascylindern. UV-lampor installeras runt glascylindern för att simulera dagsljusförhållanden för några av experimenten.

Med denna inställning, forskarna fann att upp till 70 % av isoprenoxidationsprodukterna kan lösas i vattenfilmen. Den efterföljande vattenhaltiga oxidationen av de lösta ämnena producerar avsevärda mängder av sekundära organiska aerosoler. På grundval av dessa analyser, de beräknade att de kemiska reaktionerna som äger rum i moln är ansvariga för upp till 20 % av de sekundära organiska aerosolarna på global skala.

"Detta är ytterligare ett viktigt bidrag till en bättre förståelse av processerna i atmosfären, sammanfattar Urs Baltensperger, vetenskaplig chef för Laboratory of Atmospheric Chemistry vid PSI. Jordens strålningsbalans är en mycket viktig faktor i hela klimatprocessen och därmed även i klimatförändringen. "Och aerosoler spelar en avgörande roll i detta, " säger atmosfärsforskaren. Medan aerosoler bildar molndroppar, denna forskning visar att moln också kan bilda aerosoler genom vattenkemin hos organiska ångor, en process som är välkänd med avseende på sulfataerosoler men här visas även för den organiska fraktionen. Denna nya experimentuppställning, utvecklad på PSI, öppnar för möjligheten att undersöka aerosolbildning i moln under nära-atmosfäriska förhållanden så att dessa processer i slutändan kan inkluderas i klimatmodeller.