Discovery dezvăluie necesitatea unor reglementări privind emisiile de amoniac

Camera de nor a Organizației Europene pentru Cercetare Nucleară (CERN) poate recrea condițiile de temperatură oriunde în atmosferă, permițând cercetătorilor să monitorizeze și să analizeze formarea particulelor în diferite regiuni. Credit: Consiliul European pentru Cercetare Nucleară (CERN)

O descoperire a fostului doctorat de la Carnegie Mellon. studentul Mingyi Wang, care conduce o mare echipă de colaborare, aruncă lumină asupra modului în care se formează noi particule în troposfera superioară. Studiul, publicat în Natură, dezvăluie o reacție volatilă neașteptată între acidul azotic, acidul sulfuric și amoniac, creând în mod sinergic noi particule într-un ritm rapid. Rezultatele sugerează că, pe lângă dioxidul de carbon, există și alți compuși care necesită atenție și reglementare.

Prezența amoniacului a fost descoperită pentru prima dată în troposfera superioară în 2016 utilizând analiza spectrelor de emisie în infraroșu mijlociu MIPAS (Interferometru Michelson pentru Sondarea Atmosferică Pasivă). Oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie Karlsruhe (Germania), de la Universitatea Colorado din Boulder și de la Universidad Nacional Autónoma de México au efectuat o „scanare CT” a atmosferei, deplasându-se de-a lungul latitudinilor și longitudinilor, măsurând concentrațiile și compozițiile particulelor din partea superioară. troposfera.

Amoniacul provine în principal din agricultură și vehicule în medii urbane condensate. Când oamenii de știință au detectat compusul în troposfera superioară, au fost surprinși de cât de departe a călătorit prin atmosferă, ridicând întrebări despre modul în care este transportat acolo și despre efectul său asupra masei particulelor și asupra creării.

După ce a aflat despre fostul studiu, Wang, cu un doctorat. student la catedra de chimie a Carnegie Mellon, a devenit interesat de reacția dintre amoniac, acid azotic și acid sulfuric din atmosferă. Într-un studiu din 2020, publicat și în Nature, Wang a descoperit că în condiții reci, precum cea a climatului de iarnă din Beijing, amestecul acestor trei agenți contribuie și se condensează în particule la scară nanometrică, crescându-le rapid masa.

Odată cu această descoperire, Wang a devenit curios despre cum ar arăta această reacție în regiuni și mai reci și mai extreme, așa că a început să proiecteze un experiment pentru a o testa în condiții similare cu troposfera superioară.

„Există un număr foarte limitat de instrumente disponibile pentru a identifica procesele care creează particule în troposfera superioară”, a spus Wang. „Trebuie să ne bazăm pe experimente de laborator pentru a înțelege ce se poate întâmpla în aceste condiții”.

Pentru a analiza acest lucru, Wang a călătorit în Elveția ca membru al colaborării CLOUD pentru a-și testa experiența la Consiliul European pentru Cercetare Nucleară (CERN). Folosind configurația camerei lor, Wang a creat condiții atmosferice controlate cu precizie și a observat reacțiile în timp real. Când a adăugat amoniac în cameră, Wang se aștepta să vadă amestecul de acizi și baze condensându-se pe particulele existente și să le mărească masa, așa cum descoperise anterior. Cu toate acestea, spre surprinderea lui, a văzut o explozie de noi particule formându-se rapid.

“Ceea ce am descoperit este că acidul azotic și amoniacul sunt sensibile la schimbările de temperatură. Când temperatura devine mai rece, ele pot trece de fapt prin procesul de transformare a gazului în particule, creând noi particule și crescând concentrația totală a numărului de particule”, a spus Wang. .

„Acest lucru este important, mai ales în troposfera superioară relativ curată. Sursele de emisii sunt limitate acolo sus. Nu există fabrici sau ferme, iar avioanele se crede că alcătuiesc majoritatea poluanților din troposfera superioară. Orice poluanți din troposfera superioară joacă un rol foarte diferit față de ele joacă în stratul limită (partea cea mai inferioară a troposferei, direct impactată de prezența suprafeței terestre), interacțiunile dintre speciile din fiecare dintre ele sunt de asemenea foarte diferite.

Discovery dezvăluie necesitatea unor reglementări privind emisiile de amoniac

Amoniacul este convecționat în sus în timpul unor evenimente precum musonul asiatic. Deoarece amoniacul este foarte solubil, pe măsură ce trece prin nori, începe să se dizolve în picături de nor. Aceste picături îngheață apoi, transformându-se în cristale de gheață, eliberând din nou porțiuni de amoniac în atmosferă, producând particule care se pot răspândi în emisfera nordică de latitudine medie. Credit: Carnegie Mellon College of Engineering

În colaborare cu un număr de climatologi de renume mondial, inclusiv Carnegie Mellon, profesor asistent de cercetare de inginerie, Hamish Gordon, Wang și colegii de cercetare au efectuat simulări de modelare globală, demonstrând modul în care amoniacul este transportat în troposfera superioară și apoi dispersat.

În plus, doctoratul în Inginerie Chimică CMU. Studentul și coautorul Brandon Lopez a descoperit că chiar și o cantitate mică de acid sulfuric ar putea transforma particulele în nuclee formidabile de gheață.

Grupul a descoperit că amoniacul este convecționat în sus în timpul unor evenimente precum musonul asiatic. Deoarece amoniacul este foarte solubil, pe măsură ce trece prin nori, începe să se dizolve în picături de nor. Aceste picături îngheață apoi, transformându-se în cristale de gheață, eliberând din nou porțiuni de amoniac în atmosferă, producând particule care se pot răspândi în emisfera nordică de latitudine medie.

„Această descoperire ne face să ne întrebăm dacă alte specii, cum ar fi compușii organici, pot fi, de asemenea, transportate în troposfera superioară prin acest proces”, a spus Wang.

Consilierul lui Wang, coautor și climatolog de clasă mondială, Neil Donahue, a explicat importanța înțelegerii posibilei game de compuși care ar putea fi convecți și impactul potențial al acestora.

„Toată incertitudinea științifică legată de schimbările climatice este legată de nor într-un fel sau altul”, a spus Donahue, profesor Thomas Lord la departamentele de Chimie, Inginerie Chimică și Inginerie și Politică Publică de la Carnegie Mellon. „Pentru a face nori, ai nevoie de apă ca să se nucleeze sau să înghețe”.

„În părțile poluate ale atmosferei mai apropiate de sol, cum ar fi cele de deasupra orașelor mari, agenții și particulele care acționează ca nuclee de nori (semințe) sunt abundenți, dar sunt destul de rare în zone mari ale atmosferei superioare. Natura norilor se poate schimba foarte mult în funcție de tipul și cantitatea de particule prezente, astfel încât faptul că aceste particule formează și modifică compoziția norilor din atmosfera superioară ar putea avea un impact semnificativ asupra climei.

Reducerea dioxidului de carbon (CO2) emisiile continuă să fie în centrul atenției specialiștilor din domeniul climei și factorilor de decizie politică. În timp ce Wang spune că reduceți CO2 Prin reducerea arderii combustibililor fosili va ajuta la reducerea multor alți poluanți, el consideră că este imperativ să începem elaborarea unor reglementări axate în mod special pe emisiile de amoniac.

„Știm că trebuie să reducem emisiile de sulf și oxizi de azot de la centralele și vehiculele pe cărbune, dar acum este clar că ar trebui să ne gândim și la reducerea emisiilor de amoniac de la vehicule și agricultură. Se dovedește că acesta joacă un rol esențial. atât în ​​stratul limită, afectând calitatea aerului, dar și în compoziția troposferei superioare.”

Wang, acum postdoc la Institutul de Tehnologie din California, spune că următorul pas este să proiecteze studii suplimentare pentru a afla dacă alți compuși ajung la troposfera superioară în același mod.


Descoperiți un nou mod în care aerosolii se formează și se extind rapid la altitudini mari


Mai multe informatii:
Mingyi Wang și colab., Formarea sinergică a particulelor de HNO3–H2SO4–NH3 în troposfera superioară, natural (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04605-4

Furnizat de Universitatea Carnegie Mellon, Departamentul de Inginerie Chimică

Citat: Discovery dezvăluie necesitatea unor reglementări privind emisiile de amoniac (2022, 18 mai) Preluat la 18 mai 2022 de la https://phys.org/news/2022-05-discovery-uncovers-ammonia-emission. html

Acest document este supus dreptului de autor. Cu excepția utilizării loiale în scopuri de studiu sau cercetare privată, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar cu titlu informativ.

Add Comment