Аерозолите са малки твърди или течни частици, суспендирани във въздуха. Те влияят на климата, като поглъщат или разпръскват слънчевата светлина и служат като ядра за кондензация на облака. Освен това, те могат да повлияят на човешкото благосъстояние чрез неблагоприятни здравни ефекти от фините прахови частици.
Голяма част от праховите частици се състои от нитратни, сулфатни и амониеви йони. Образуването на тези основни аерозолни компоненти е силно повлияно от киселинността на аерозола, която варира в широки граници между различните региони със стойности на pH на аерозола, вариращи от ~1 до ~6. Причините за тези големи вариации обаче не са ясни.
Изследователите вече са открили колко важни са съдържанието на вода и общата масова концентрация на аерозолните частици за тяхната киселинност. Екип, ръководен от Яфан Ченг и Ханг Су от Института по химия Макс Планк, откри, че тези фактори могат да бъдат дори по-важни от състава на сухите частици. За населени континентални райони с високи антропогенни емисии на амоняк от селското стопанство, трафика и промишлеността, те откриха, че аерозолното pH може да бъде ефективно буферирано и стабилизирано на различни нива чрез конюгираната киселинно-алкална двойка амониеви йони и амоняк (NH 4+/NH3).
Изследванията, публикувани сега в интердисциплинарното изследователско списание ` Science ´, започнаха с въпроса дали и как pH на аерозолите се буферира в различни континентални региони. За да се справят с този проблем, учените от Майнц разработиха нова теория за многофазното буфериране в аерозоли, анализираха данните от атмосферните измервания и извършиха симулации на глобален модел на състава на аерозола и киселинността.
"Оказа се, че киселинно-алкалната двойка NH4+/NH3 буферира pH на аерозола в повечето населени континентални райони, въпреки че киселинността може да варира с множество pH единици," казва Яфан Ченг, ръководител на Minerva Research Group в в Института по химия Макс Планк. „Вариациите във водното съдържание са отговорни за 70-80 процента от глобалната променливост на pH на аерозола в буферираните с амоняк региони, което не беше известно преди и може да се обясни с нашата нова многофазна буферна теория“, добавя тя.
По-специално, изследователите на Макс Планк са използвали своя модел, за да сравнят аерозолния състав и киселинността за два много различни географски региона и условия. В югоизточните Съединени щати през лятото въздухът е чист и малкото атмосферни аерозолни частици съдържат малко вода при стойности на pH около ~1, докато в Северен Китай обикновено има високи концентрации на аерозол с високо съдържание на вода при стойности на pH около ~5 Обикновен през зимата.„Откриваме, че тези големи разлики в pH на аерозола се дължат предимно на разликите в аерозолното натоварване и водното съдържание, а не на разликите в съдържанието на нитрати, както се предполагаше в по-ранните проучвания“, обяснява Гуанджие Джън, постдок в групата на Яфан Ченг.
"В световен мащаб ~70% от градските райони са в режим с амонячен буфер", обобщава Ханг Су, ръководител на научна група в отдела по многофазна химия на института. "По този начин новооткритият многофазен буферен механизъм е важен за разбирането на образуването на мъгла и ефектите на аерозолите върху човешкото здраве и климата в антропоцена."
Резултатите от екипа около Ченг и Су не само предполагат, че аерозолното pH и атмосферната многофазна химия са силно повлияни от всеобхватното човешко влияние върху емисиите на амоняк и азотния цикъл в антропоцена. Те също така подобряват разбирането как се развива замърсяването на въздуха и по този начин осигуряват важен подход за възможни мерки за контрол.
