В Германии мы знакомы с кислотными дождями, особенно по опыту 1980-х годов. Причина этого заключалась в том, что оксиды азота и оксиды серы, выбрасываемые в атмосферу людьми, вступали в реакцию с каплями воды в облаках с образованием серной кислоты и азотной кислоты.
Кислотный дождь имеет pH около 4.2-4.8, ниже, чем у чистой дождевой воды (5.5-5.7), что является результатом естественного содержания углекислого газа в атмосфере.
Однако химический процесс, который формирует основную часть муравьиной кислоты, присутствующей в атмосфере, до сих пор был неизвестен.
Доктор. Бруно Франко и доктор. Доменико Тараборрелли из Института исследований энергетики и климата Джулиха – Тропосфера теперь расшифровал это: формальдегид образуется естественным образом в результате фотоокисления летучих органических соединений.
Формальдегид реагирует в облачных каплях с молекулами воды с образованием метандиола. Большая часть этого газа выделяется и вступает в реакцию с радикалами ОН, иногда называемыми «детергентом атмосферы», в фотохимическом процессе с образованием муравьиной кислоты. Меньшая часть реагирует с жидкой фазой капель воды с образованием муравьиной кислоты, которая распространяется дождем.
«Согласно нашим расчетам, при окислении метандиола в газовой фазе образуется в четыре раза больше муравьиной кислоты, чем при других известных химических процессах в атмосфере», – говорит Доменико Тараборрелли.
Это количество снижает pH облаков и дождевой воды до 0.3, который подчеркивает вклад органического углерода в естественную кислотность атмосферы.
В качестве первого шага два ученых проверили свою теорию с помощью MESSy, глобальной модели химии атмосферы, и сравнили результаты с данными дистанционного зондирования.
Для проведения моделирования использовался суперкомпьютер Julich JURECA. Последующие эксперименты в камере моделирования атмосферы SAPHIR Юлиха подтвердили результаты. «Мы предполагаем, что продемонстрированный механизм также активен в водных аэрозолях и применим к другим органическим кислотам, таким как щавелевая кислота, которые на сегодняшний день недостаточно учитываются в моделях химии атмосферы», – говорит Тараборрелли.
Одним из результатов этого может стать лучшее понимание роста аэрозольных частиц и развития облаков.