Bildandet av små partiklar i atmosfären är ett oerhört viktigt fenomen, som är kopplat både direkt och indirekt till vårt vardagliga välbefinnande. Bildandet av partiklar påverkar både den lokala luftkvaliteten och molnbildningen, och därmed klimatet.
Trots betydelsen av fenomenet och årtionden av forskning, är detaljerna på molekylär nivå fortfarande dåligt kända.
Forskare har äntligen kunnat använda kvantkemisk modellering för att beskriva de första molekylära stegen i i partikelbildning från jodbaserade ångor, och resultaten publicerades nyligen i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Nature Chemistry. I artikeln kombineras beräkningarna med resultaten av fältexperiment på Réunion-ön, samt med laboratorieexperiment utförda i CLOUD-kammaren vid European Centre for Particle Physics Research (CERN) i Schweiz, som noggrant simulerar atmosfäriska förhållanden.
Kvantkemimodellering med finländska styrkor
Kärngruppen i studien bestod av forskare från universiteten i Helsingfors, Tammerfors och Colorado.
De finländska forskarnas bidrag var särskilt viktigt för den kvantkemiska modelleringen.
– Mekanismerna och hastigheterna för kemiska reaktioner förutspåddes utifrån kvantmekaniska grunder, säger professor Theo Kurtén vid Helsingfors universitet.
Enligt Kurtén är jodföreningarnas kemiska reaktioner exceptionellt utmanande i detta avseende, eftersom jodatomens storlek gör att inte bara kvantmekaniken, utan även relativitetsteorin, måste beaktas när dess innersta elektroner behandlas.
Koncentrationen av jod i atmosfären har ökat
Sekundära partiklar i atmosfären skapas huvudsakligen av oxiderade föreningar av svavel, kol och jod. Dessa atmosfäriska föreningar bildas genom oxidation av molekyler i gasfasen, samt den efterföljande klusterbildningen av de oxiderade produkterna.
Svavelföreningarnas betydelse för bildningen av partiklar har minskat under de senaste decennierna på grund av renare bränslen och förbränningsprocesser, men samtidigt har jodkoncentrationen i atmosfären stadigt ökat.
Detta nya forskningsresultat beskriver omvandlingen av jodemissioner från gasformiga utgångsmaterial till partikelformiga slutprodukter, och är en mycket viktig del som kompletterar vår förståelse av den föränderliga atmosfären.
Källa: Finkenzelleret.al., The gas-phase formation mechanism of jodic acid as a atmospheric aerosol source. Nature Chemistry 2022 https://www.nature.com/articles/s41557-022-01067-z