Luften i USA och Västeuropa är mycket renare än för ett decennium sedan. Lågsvavliga oljestandarder och regler för kraftverk har framgångsrikt minskat sulfatkoncentrationerna i luften, minska de fina partiklarna som skadar människors hälsa och städa upp miljöfaran med surt regn.

Trots dessa framgångar, sulfathalterna i atmosfären har minskat långsammare än svaveldioxidutsläppen, speciellt vintertid. Detta oväntade fenomen tyder på att minskningar av svaveldioxidutsläpp är mindre effektiva än förväntat för att skära sulfataerosoler. En ny studie ledd av Tokyo Institute of Technology, Hokkaido University och University of Washington förklarar varför. Artikeln med öppen tillgång publicerades den 5 maj Vetenskapens framsteg .

När koncentrationerna av surt sulfat från utsläpp av fossila bränslen minskar medan koncentrationen av mer basiska ammoniummolekyler i atmosfären förblir konstant, flytande vattendroppar i moln blir mindre sura. Detta gör omvandlingen av svaveldioxid till sulfat mer effektiv. Så, även om luftkvalitetsreglerna har minskat tillgången på svaveldioxid från kraftverk och sjöfart, den totala mängden sulfatpartiklar som skadar människors hälsa har sjunkit långsammare.

"Det betyder inte att utsläppsminskningarna inte fungerar. Det är bara att det finns en reaktion som delvis mildrar minskningarna, " sa medförfattaren Becky Alexander, en UW professor i atmosfäriska vetenskaper. "Vi måste förstå denna flerfasiga kemi i atmosfären för att skapa en effektiv strategi för att hantera luftföroreningar och exakt förutsäga framtida luftföroreningar och klimatförändringar."

Under större delen av 1900-talet, Utsläppen av svaveldioxid ökade i och med industrialiseringen i många delar av världen. Men nyligen har den trenden vänt som svar på förordningar, medan ammoniumutsläppen från djur och jordbruk fortsätter i samma takt. Dessa trender förväntas fortsätta.

Data från en iskärna på Grönland som bevarar tidigare års atmosfärer visar att andelen sulfat som innehåller syre med en extra neutron, eller oxygen-17, ökade under 1980-talet efter att länder började reglera utsläppen. Författarnas analys visar att detta beror på snabbare sulfatbildning i vätskefasen i atmosfären, som till stor del förekommer inom moln, under mindre sura förhållanden.

"Efter SO2-utsläppskontrollen, relativt lägre atmosfärisk surhet främjar effektiviteten av sulfatproduktion i atmosfären, vilket försvagar svaret av sulfatnivån på SO2-reduktionen, ", sade huvudförfattaren Shohei Hattori vid Tokyo Institute of Technology. "Våra unika isotoptekniker som tillämpas för de Grönlands ishärdar identifierar nyckelprocessen för sulfatets försvagade reaktion på minskning av SO2-utsläppen."

Uppgifterna kom från en iskärna som borrades i sydöstra Grönland (SE-Dome) som en del av ett projekt som leds av Hokkaido University. Syret som fångats i denna is gav bevis på sulfatsammansättningen från 1959 till 2015, utan förorening från lokala föroreningar.

"Baserat på ett kontinuerligt och högupplöst iskärnerekord från SE-Dome, vi kunde få tillförlitliga register för atmosfäriska aerosoler utan andra modifiering efter deponering, " sa medförfattare och ledare för SE-Dome iskärnprojekt Yoshinori Iizuka vid Hokkaido University. "Vi planerar att borra en andra iskärna på samma plats i år, och försök att rekonstruera aerosolhistorien tillbaka till 1750-talet."

Iskärnan innehåller inte separata data för sommar och vinter, men modeller visar att andra, kemiska reaktioner i gasfas för svaveldioxid blir viktigare på sommaren, minska sommareffekten av ändrad molnsyra. Att veta hur dessa molekyler reagerar kommer att bidra till att förbättra de atmosfäriska modeller som används för att förutsäga luftkvalitet och projektera klimatförändringar.