Tausende winziger Partikel in der Atmosphäre, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, streuen und absorbieren Sonnenstrahlung und bilden eine der Grundlagen für die Wolkenbildung. Viele dieser Partikel werden nicht direkt von der Land- oder Meeresoberfläche in die Atmosphäre abgegeben, sondern entstehen durch Reaktionen von Gasen mit Oxidationsmitteln, die in der Atmosphäre in mehreren Phasen vorliegen, darunter der Gasphase, und in Wasser, das in Wolken und anderen Partikeln in flüssiger Form vorliegt.
Organische Gase wie Phenole, die bei Waldbränden freigesetzt werden, könnten auch in bestehende Wolken aufgenommen werden und dann in Gegenwart von Sonnenlicht mit Wolkenwasser reagieren und sekundäre organische Aerosole (SOA) bilden. Ein quantitatives Verständnis der Chemie der Bildung von SOA in Wolken ist jedoch aufgrund der Komplexität ihrer Flüssigphasenreaktionen und der Herausforderungen bei Messungen begrenzt.
Ein Forscherteam aus mehreren Institutionen hat ein eigenständiges Boxmodell entwickelt, um die Wasser- und Wolkenchemie von Phenolen aus der Biomasseverbrennung auf der Grundlage von Labormessungen vorherzusagen. Sie fanden heraus, dass in bewölkten Umgebungen die Wolkenchemie löslicher und reaktiver organischer Gase wie Phenole wahrscheinlich eine dominierende Quelle der SOA aus der Biomasseverbrennung ist, die in Klimamodellen übersehen wird.
Die Studie ist veröffentlicht In Umweltwissenschaft und -technologie.
Mithilfe von Mechanismen, die aus Labormessungen abgeleitet wurden, simulierte das Forscherteam die Mehrphasenchemie wasserlöslicher organischer Gase, die bei der Verbrennung von Biomasse freigesetzt werden. Dazu gehört auch deren Auflösung in flüssigem Aerosol- und Wolkenwasser, gefolgt von ihren Reaktionen in der Wasserphase zur Bildung von SOA.
Sie fanden heraus, dass sich in Wolkenschichten hochlösliche und reaktive multifunktionale Phenole fast vollständig auflösen und im Wolkenwasser reagieren, wodurch eine SOA-Bildung entsteht, die die bisher bekannte Bildung aufgrund der Gasphasenchemie in diesen Schichten bei weitem übersteigt. Sogar in Bodennähe und ohne Wolken bilden diese hochlöslichen Phenole erhebliche Mengen an SOA in wässrigen Aerosolen, da sie sich leicht in flüssigem Aerosolwasser auflösen und für die wässrige Aerosolchemie verfügbar sind.
Die Forschung des Teams wird voraussichtlich neue Erkenntnisse darüber liefern, wie die Wolkenchemie die SOA-Belastung in der Atmosphäre erhöht und wie sie Wolken bilden und die Sonnenstrahlung streuen und absorbieren kann. Darüber hinaus wird diese Arbeit dazu beitragen, Labormessungen in Nebelkammern zu entwickeln, die darauf abzielen, zu verstehen, wie die SOA-Wolkenchemie erkennbare Änderungen in Wolkentröpfchenrückständen und Aerosolen verursacht, die als Kondensationskerne für Wolken dienen.
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Jie Zhang et al., Modellierung neuartiger wässriger Partikel- und Wolkenchemieprozesse von Phenolen bei der Verbrennung von Biomasse und deren Potenzial zur Bildung sekundärer organischer Aerosole, Umweltwissenschaft und -technologie (2024). DOI: 10.1021/acs.est.3c07762