El efecto amortiguador multifásico del amoníaco emitido controla el pH del aerosol, influyendo así en la química de la neblina y la formación de partículas de aerosol, especialmente nitrato, sulfato y amonio. Muestra un vínculo estrecho entre el ciclo del nitrógeno y la química atmosférica. La imagen muestra un día brumoso en Guangzhou, Porcelana. Crédito:Ulrich Poeschl, MPI para química
Los aerosoles son pequeñas partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire. Influyen en el clima al absorber o dispersar la luz solar y actuar como núcleos de condensación de nubes. Es más, pueden afectar el bienestar humano a través de los efectos adversos para la salud de las partículas finas.
Una gran fracción de material particulado se compone de nitrato, sulfato, e iones de amonio. La formación de estos componentes principales del aerosol está fuertemente influenciada por la acidez del aerosol, que varía ampliamente entre diferentes regiones con valores de pH de aerosoles que oscilan entre ~ 1 y ~ 6. Los impulsores de estas grandes variaciones, sin embargo, no están claras.
Los investigadores ahora han descubierto cuán importante es el contenido de agua y la concentración de masa total de las partículas de aerosol para su acidez. Un equipo dirigido por Yafang Cheng y Hang Su del Instituto Max Planck de Química descubrió que estos factores pueden ser incluso más importantes que la composición de partículas secas. Para áreas continentales pobladas con altas emisiones antropogénicas de amoníaco proveniente de la agricultura, tráfico, e industria, encontraron que el pH del aerosol se puede tamponar y estabilizar de manera eficiente a diferentes niveles mediante el par conjugado ácido-base de iones amonio y amoníaco (NH 4 + / NH 3 ).
Las investigaciones ahora publicadas en la revista de investigación interdisciplinaria Ciencias Comenzamos con la pregunta de si el pH de los aerosoles se amortigua y cómo se amortigua en diferentes regiones continentales. Para abordar este asunto, los científicos de Mainz desarrollaron una nueva teoría de la amortiguación multifásica en aerosoles, analizó datos de medición atmosférica y realizó simulaciones de modelos globales de composición y acidez de aerosoles.
"Resultó que el par ácido-base NH 4 + / NH 3 amortigua el pH del aerosol en la mayoría de las áreas continentales pobladas, aunque la acidez puede variar en varias unidades de pH ", dice Yafang Cheng, Líder del Grupo de Investigación Minerva en el Instituto Max Planck de Química. "Las variaciones en el contenido de agua son responsables del 70-80 por ciento de la variabilidad global en el pH de los aerosoles en las regiones tamponadas con amoníaco, que no se conocía previamente y puede explicarse por nuestra nueva teoría de búfer multifase, " ella agrega.
En particular, los investigadores de Max Planck utilizaron su modelo para comparar la composición y la acidez de los aerosoles para dos regiones y condiciones geográficas muy diferentes. En el sureste de los Estados Unidos durante el verano, el aire esta limpio, y las pocas partículas de aerosol atmosférico contienen poca agua a valores de pH alrededor de ~ 1, mientras que normalmente hay altas concentraciones de aerosoles con alto contenido de agua a valores de pH alrededor de ~ 5 en la llanura del norte de China en invierno. "Encontramos que estas grandes diferencias en el pH de los aerosoles se deben principalmente a las diferencias en la carga de aerosoles y el contenido de agua, más que a las diferencias en el contenido de nitratos como se suponía en estudios anteriores, "explica Guangjie Zheng, un postdoctorado en el grupo de Yafang Cheng.
"A nivel mundial, ~ 70% de las áreas urbanas se encuentran en el régimen amortiguado con amoníaco ", resume Hang Su, Líder del grupo científico del Departamento de Química Multifásica del instituto. "Por lo tanto, el mecanismo de amortiguación multifase recién descubierto es importante para comprender la formación de neblina y los efectos de los aerosoles en la salud humana y el clima en el Antropoceno ".
Los resultados del equipo en torno a Cheng y Su no solo implican que el pH de los aerosoles y la química multifásica atmosférica se ven fuertemente afectados por la influencia humana generalizada en las emisiones de amoníaco y el ciclo del nitrógeno en el Antropoceno. También mejoran la comprensión de cómo se desarrolla la contaminación del aire y, por lo tanto, proporcionan un enfoque importante para posibles medidas de control.
