Вчені з ЦЕРНу в рамках експерименту CLOUD змоделювали утворення аерозолю з суміші газоподібних азотної кислоти, сірчаної кислоти і аміаку. Вони з'ясували, що саме в присутності всіх трьох речовин утворюється багато частинок, які ростуть в 10-1000 разів швидше, ніж у разі суміші сірчаної кислоти і аміаку. Утворені таким чином аерозолі можуть впливати на клімат кількох континентів, пишуть вчені в.
Аерозолі - групи зважених у газі частинок - постійно утворюються в тропосфері і відображають частину сонячного випромінювання, спрямованого на Землю. А на досить великих частинках аерозолів може конденсуватися вода, в результаті чого утворюються хмари. Але незважаючи на важливу роль аерозолів у підтримці клімату Землі, механізми їхньої освіти досі достовірно не вивчені.
Щоб дізнатися, як саме в тропосфері утворюються аерозолі, вчені з ЦЕРНу під керівництвом Ніла Донахью (Neil M. Donahue) в 2009 році запустили експеримент CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets). Його установка являє собою сталевий резервуар об'ємом 26 кубічних метрів, заповнений сумішшю азоту і кисню. У резервуар можна вводити різні гази і спостерігати утворення аерозолів. Також установка дозволяє вимірювати швидкість росту частинок і їх кількість.
Раніше вчені думали, що аерозолі в тропосфері утворюються переважно з сумішей аміаку (NH3) і сірчаної кислоти (H2SO4). Але хіміки з ЦЕРНу припустили, що в цьому процесі бере участь ще одна речовина - азотна кислота HNO3. Вони вирішили змоделювати утворення аерозолю з суміші всіх трьох речовин.
Спочатку вчені ввели в резервуар аміак (6.5 ст.1 108 частинок на кубічний сантиметр) і сірчистий газ SO2. Потім вони почали опромінювати суміш газів ультрафіолетом, і в результаті фотохімічного окислення сірчистого газу утворилася сірчана кислота (2.3 − 106 частинок на кубічний сантиметр). У цей момент почав утворюватися аерозоль, але швидкість зростання частинок була дуже невеликою: за дві години жодна частинка не досягла діаметра в 2.5 нанометра. Тоді вчені впорснули в резервуар пари азотної кислоти, її концентрація склала 2 109 частинок на кубічний сантиметр. На подив вчених, кількість частинок різко збільшилася в десятки разів, а швидкість їх зростання склала 40 нанометрів на годину.
Щоб підтвердити свої результати, хіміки провели два схожих експерименти, в яких вони брали суміш двох речовин, а потім додавали третю. В обох випадках кількість і розмір частинок різко збільшувалися при додаванні третьої речовини.
Далі вчені вивчили механізм освіти аерозолю. Вони висунули дві гіпотези: або аерозоль утворюється з аміаку і сірчаної кислоти, а зростання частинок відбувається за рахунок азотної кислоти, або всі три речовини беруть участь в утворенні аерозолю. Експерименти з мас-спектрометрії показали, що в присутності азотної кислоти склад навіть невеликих частинок відрізняється від того, що хіміки спостерігали без азотної кислоти. Так вони підтвердили, що всі три речовини одночасно беруть участь в утворенні аерозолю.
Автори статті припустили, що утворення аерозолю з трьох речовин характерне для тропосфери в області азіатського мусону, де вчені вже спостерігали підвищений вміст аміаку, необхідного для протікання цього процесу. Комп'ютерний розрахунок показав, що незважаючи на те, що частинки, швидше за все, утворюються в багатих аміаком частинах тропосфери, вони можуть переміщатися від Азії до Північної Америки всього за три дні. Так вчені показали, що, можливо, утворені з трьох речовин аерозолі впливають на клімат декількох континентів.
В результаті хіміки запропонували механізм утворення аерозолів з трьох речовин одночасно в області азіатського мусону. Вони вважають, що надалі їх відкриття допоможе більш точно передбачати зміни клімату.
Аерозолі можуть сильно впливати на клімат, і деякі вчені думають, що за допомогою штучного розпорошення аерозолів можна буде екстрено охолодити Землю в разі різкого потепління. Детально про це можна прочитати в нашому матеріалі «Я хмари розведу руками».