클라우드는 얼마나 오래 살고 있습니까? 국가로서 영국은 날씨에 대한 선입견으로 유명합니다. 그래서 여기에서 자라는 과학자로서 하늘을보고 이것을 작은 대화의 기회뿐만 아니라 전문적인 관심사로 만드는 것은 자연스럽게 보였습니다.
.나는이 강박 관념의 결과로 편향 될 수 있지만 구름 형성은 흥미로운 과정입니다. 핵심 성분이 수증기라는 소식을 듣는 것에 놀라지 않을 것입니다. 그러나 대기의 대부분의 지역에서 구름은 물만 자발적으로 형성되지 않습니다. 이곳은 에어로졸이 그림에 들어갑니다.
.에어로졸은 수증기가 응축하고 액 적을 형성 할 수있는 표면을 제공하는 작은 입자이다. 그들은이 구름 응축을 가능하게하고 햇빛을 직접 산란하고 흡수함으로써 기후에서 중요한 역할을합니다. 이것은 대기 오염 관련 사망률의 가장 중요한 요소로서 지구 표면의 인간 건강에 큰 역할을 말하는 것입니다.
에어로졸과 구름은 또한 대기 화학을위한 매력적이고 중요한 공간을 제공합니다. 최근의 연구에서, 우리는 구름 방울에서 히드 록실 라디칼 (OH)의 형성 인 그러한 과정 중 하나를 보았다. 히드 록실 라디칼은 공기와 물에서 수많은 대기 종과 반응하는 능력으로 인해 "자연 세제"로 알려져 있습니다. 이러한 반응은 오염 물질과 온실 가스를 변형시키고 에어로졸의 풍부를 변화시킬 수 있습니다. 따라서 화학은 대기에서 중요한 역할을합니다.
OH는 구름 방울에서 어디에서 왔습니까? 이전의 연구에 따르면 주변 기체상 (햇빛에서 오존의 파괴를 통해)으로부터의 전달은 아마도 가장 중요한 공급원 일 것이라고 제안했다 [1]. 다른 연구는 실제 구름에서 물을 수집했으며, 과산화수소 및 질산염과 같은 액 적에 종이 용해 된 종들이 햇빛에 분해되어 중간 정도의 OH [2]를 형성한다는 것을 발견했습니다. 종종이 생산은 철 (Fe)과 같은 미량의 전이 금속 이온에 의해 도움이됩니다.
우리의 최근 연구 [3]는 구름 방울에서 새롭고 잠재적으로 지배적 인 OH의 공급원을 발견했습니다. UCLA의 Suzanne Paulson 교수가 이끄는이 연구는 이전 연구에 대해 다른 접근 방식을 취했으며 에어로졸 입자를 구름 방울로 전환하는 동안 OH 생산을 찾았습니다. 그리고 구름 방울 형성 동안, OH의 실질적인 빛 중심의 "버스트"가 관찰된다는 것이 밝혀졌다. 이 버스트는 구름 물을 직접 수집 한 그룹이 보는 더욱 침착 한 OH 생산 속도로 정착하기 전에 최대 몇 분 동안 (측정의 시간 분해능) 지속됩니다.
우리의 연구에서 샘플은 에어로졸 공급원 측면에서 뚜렷한 특성을 가진 캘리포니아의 3 개의 도시 (Claremont, Fresno 및 West Los Angeles)에서 수집되었습니다. 에어로졸 샘플을 필터 상에 수집하고 분석을 위해 UCLA 실험실로 운송 하였다. UV 빛의 존재하에 에어로졸 필터 샘플 (대기 구름 방울과 관련된 희석)에 물을 첨가하여 구름 형성을 시뮬레이션 하였다. 물은 OH와의 반응 후 불소화되는 소량의 프로브 분자를 함유했으며,이를 통해 시간이 지남에 따라 용액에서 OH 생산을 모니터링 할 수있었습니다.
.놀랍게도, 우리가 테스트 한 모든 에어로졸 샘플은 위치, 계절 (여름/겨울) 또는 시간 (아침/오후/저녁)에 관계없이 어떤 형태의 OH 버스트를 나타 냈습니다. 지금까지 우리의 결과에서 이것은 클라우드 액적 형성 중에 잠재적으로 널리 퍼진 현상 인 것 같습니다.
우리 가이 결과를 보았을 때 부부의 후속 질문이 생겼습니다. OH를 빨리 생산하는 것은 무엇이며, 에어로졸을 수집하기 전에 왜 그런 일이 일어나지 않았습니까?
당황스럽게도, 과산화수소 및 질산염과 같은 위에서 언급 한 알려진 OH 공급원은 너무 느리게 분해되어 우리가 본 OH의 빠른 버스트를 생성합니다. 우리는 대안을 조사한 결과, 실험실에서 유기물 퍼 옥사이드 (과산화수소와 유사하지만 종종 더 반응성)와 철 이온 (FE)을 함유 한 시뮬레이션 구름 물의 버스트를 재현 할 수 있음을 발견했습니다. 이것은 이국적으로 들릴지 모르지만, 유기 과산화물은 식물의 반응과 비히클 배출량과의 대기에서 생성됩니다. 우리의 테스트에서, 우리는 그것들이 충분히 풍부하여 주변 샘플에서 OH의 그럴듯한 공급원이 될 정도로 빠르게 분해 될 것으로 기대합니다. 우리는 빛의 역할이 과산화물 파괴를 촉진하는 FE를 재생하는 것이라고 생각합니다.
두 번째 질문 (에어로졸에서 OH 형태가없는 이유는 무엇입니까?)는 구름 방울과 에어로졸의 구별로 돌아갑니다. 구름 방울은 매우 희석되지만 에어로졸은 비교적 적은 물을 함유하고 있으며 종종 대기에서 점성이 높거나 고체 인 것으로 관찰됩니다. 따라서 에어로졸은 버스트를위한 모든 성분을 함유 할 수 있지만 구름 형성 동안 물에 의해 용해 될 때까지 반응성 상태에 잠겨 있다는 가설을 세울 수 있습니다. 우리의 이전 연구 [4]는 인간이 흡입 한 에어로졸에도 유사한 "펜트 업"반응성 분자가있을 수 있으며, 습한 폐 환경은 "빠른 방출"역할을 할 수 있으며, 손상 반응이 발생할 수있게 될 수 있습니다.
.기사의 시작 부분에서 나는“클라우드는 얼마나 오래 살고 있습니까?”라는 질문을 제기했습니다. 아직 대답하지는 않았지만 이제는 거의 결국 우리가 맥락으로 측정 한 "버스트"를 배치하는 것이 중요합니다. 단일 답변을하는 것은 불가능하지만 구름 방울은 놀랍게도 짧게 보일 수 있습니다. 일반적으로, 그들은 에어로졸과 수증기로 다시 증발하기 전에 약 15 분 동안 지속됩니다. 그리고 15 분 평생 동안, 우리가 측정 한 버스트의 크기는 종종 방울에서 OH의 가장 큰 공급원으로 번역됩니다.
이 큰 새로운 공급원을 관찰하면 클라우드 및 에어로졸 화학에 대한 이해와 그에 따른 기후, 가시성 및 건강에 미치는 영향을 향상시킬 수 있습니다. 아마도 다음에 이웃에게 최신 일기 예보에 대해 채팅 할 때 언급했을 것입니다!
참조 :
- Herrmann et al., Atmos. Environ., 39, 4169-4183, 2005.
- Bianco et al., Atmos. 화학 Phys., 15, 9191-9202, 2015.
- Paulson et al., Sci. Adv., 5, EAV7689, 2019.
- Gallimore et al., Atmos. 화학 Phys., 17, 9853-9868, 2017.
