La amplificación de la luz acelera las reacciones químicas en los aerosoles

Los aerosoles en la atmósfera interactúan con la luz solar entrante. Esta luz se amplifica en el interior de las gotas y partículas de aerosol, lo que acelera las reacciones. Los investigadores de ETH ahora han podido demostrar y cuantificar este efecto y recomendar su inclusión en futuros modelos climáticos.

Gotas muy liquidas partículas finas Puede atrapar la luz, de forma similar a como puedes atrapar la luz entre dos espejos. Como resultado, se amplifica la intensidad de la luz en su interior. Esto también ocurre en gotas de agua muy finas y partículas sólidas En nuestra atmósfera, es decir, aerosoles. Usando un microscopio de rayos X de última generación, los químicos de ETH Zurich y el Instituto Paul Scherrer (PSI) han investigado cómo la amplificación de la luz afecta los procesos fotoquímicos que ocurren en los aerosoles. Pudieron demostrar que la amplificación de la luz hace que estos procesos químicos sean de dos a tres veces más rápidos, en promedio, de lo que serían sin este efecto.

Usando la fuente de luz suiza en PSI, los investigadores estudiaron aerosoles formados por pequeñas partículas de planchar(iii) Citrato. La exposición a la luz reduce este compuesto a citrato de hierro (II). La microscopía de rayos X permite distinguir las regiones dentro de las partículas de aerosol de citrato de hierro (III) de las compuestas de citrato de hierro (II) con una resolución de hasta 25 nm. De esta forma, los científicos pudieron observar y mapear la cronología de esta reacción fotoquímica en partículas de aerosol individuales en alta resolución.

decaer tras la exposición a la luz

«Para nosotros, el citrato de hierro (III) era un compuesto representativo que era fácil de estudiar con nuestro método», dice Pablo Corral-Arroyo, investigador postdoctoral en el grupo dirigido por la profesora Ruth Senorell y autor principal del estudio. El citrato de hierro (III) representa un grupo completo de otros compuestos químicos que pueden ocurrir en los aerosoles atmosféricos. Muchos productos orgánicos y compuestos inorgánicos Es sensible a la luz y, cuando se expone a la luz, puede descomponerse en partículas más pequeñas, que luego pueden convertirse en gas y escapar. «Las partículas de aerosol pierden su masa de esta manera, cambiando sus propiedades», explica Senorell. Entre otras cosas, dispersan la luz solar de manera diferente, lo que afecta los fenómenos meteorológicos y climáticos. Además, sus propiedades como núcleos de condensación cambian en la formación de nubes.

Como tal, los hallazgos también tienen un impacto en la investigación climática. «Los modelos informáticos actuales de la química atmosférica global aún no tienen en cuenta este efecto de amplificación de la luz», dice el profesor Signorelle de ETH. Los investigadores sugieren incorporar el efecto en estos modelos en el futuro.

Tiempos de reacción irregulares en las partículas.

Ahora ha sido mapeado y cuantificado con precisión, y amplificación de luz En partículas a través de efectos de resonancia. Él Intensidad de luz Es el más grande en el lado de la partícula opuesto a la partícula sobre la que brilla la luz. En este punto caliente, reacciones fotoquimicas Es hasta diez veces más rápido de lo que sería sin el efecto de resonancia”, dice Coral Arroyo. Promediado sobre toda la partícula, esto da una aceleración por el factor anterior de 2 a 3. Las reacciones fotoquímicas en la atmósfera suelen tardar varias horas o incluso días.

Usando datos de su experimento, los investigadores pudieron crear un modelo de computadora para estimar el efecto en una variedad de otras reacciones fotoquímicas de los aerosoles atmosféricos típicos. Resulta que el efecto no se trata solo del hierro (III) chaquetas Partículas, pero todo. polvo atmosférico– partículas o gotitas – hechas de compuestos que pueden reaccionar con la luz. Estas reacciones también son dos o tres veces más rápidas en promedio.

La búsqueda fue publicada en Ciencia.