HNO3 sinérgico

Oct 22, 2023

Nature volume 605, páginas 483–489 (2022) Citar este artigo

11k Acessos

11 Citações

215 Altmétrico

Detalhes das métricas

A formação de novas partículas na troposfera livre superior é uma importante fonte global de núcleos de condensação de nuvens (CCN)1,2,3,4. No entanto, os vapores precursores que conduzem o processo não são bem compreendidos. Com experimentos realizados sob condições troposféricas superiores na câmara CERN CLOUD, mostramos que o ácido nítrico, o ácido sulfúrico e a amônia formam partículas sinergicamente, em taxas que são ordens de magnitude mais rápidas do que as de quaisquer dois dos três componentes. A importância desse mecanismo depende da disponibilidade de amônia, que anteriormente se pensava ser eficientemente eliminada por gotículas de nuvens durante a convecção. No entanto, concentrações surpreendentemente altas de amônia e nitrato de amônio foram recentemente observadas na alta troposfera sobre a região asiática das monções5,6. Uma vez formadas as partículas, a co-condensação de amônia e ácido nítrico abundante por si só é suficiente para impulsionar o crescimento rápido para tamanhos CCN com apenas vestígios de sulfato. Além disso, nossas medições mostram que esses CCN também são partículas de nucleação de gelo altamente eficientes – comparáveis ​​à poeira do deserto. Nossas simulações de modelo confirmam que a amônia é eficientemente convectada no ar durante a monção asiática, conduzindo uma nucleação rápida e multiácida de HNO3–H2SO4–NH3 na troposfera superior e produzindo partículas nucleantes de gelo que se espalham pelas latitudes médias do Hemisfério Norte.

A formação intensa de partículas foi observada por medições aéreas como uma banda persistente de escala global na troposfera superior sobre regiões convectivas tropicais1,2,4. Acredita-se que a nucleação troposférica superior forneça pelo menos um terço do CCN3 global. O aumento de aerossóis desde a revolução industrial e suas interações com as nuvens mascararam uma grande fração do forçamento radiativo global por gases de efeito estufa. As projeções de forçamento radiativo de aerossóis resultantes de reduções futuras da poluição do ar são altamente incertas7. A nucleação atual envolve ácido sulfúrico (H2SO4) em quase toda a troposfera8. No entanto, a nucleação binária de H2SO4–H2O é lenta e, portanto, a nucleação ternária ou multicomponente com vapores extras, como amônia (NH3)9 e orgânicos10,11, é necessária para explicar as taxas observadas de formação de novas partículas3,8,12.

A amônia estabiliza a nucleação ácido-base e aumenta fortemente as taxas de formação de partículas9. No entanto, acredita-se que a amônia seja extremamente escassa na troposfera superior porque sua solubilidade em água e reatividade com ácidos deve levar a uma remoção eficiente em nuvens convectivas. No entanto, esta suposição não é suportada pela observação. O vapor de amônia foi repetidamente detectado na troposfera superior da monção asiática, com taxas de mistura de até 30 pptv (2,5 × 108 cm-3) para uma média de três meses5 e até 1,4 ppbv (1,2 × 1010 cm-3) em pontos críticos6 . A liberação de amônia dissolvida de gotículas de nuvem pode ocorrer durante a glaciação13. Uma vez liberada na alta troposfera, a amônia pode formar partículas com ácido nítrico, que é abundantemente produzido pelos raios14,15. Essas partículas viverão mais e viajarão mais longe do que o vapor de amônia, com potencial para influenciar toda a alta troposfera e baixa estratosfera do Hemisfério Norte6.

Permanecem questões fundamentais sobre o papel e os mecanismos do ácido nítrico e da amônia na formação de partículas na troposfera superior. Experimentos recentes de CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) no CERN mostraram que vapores de ácido nítrico e amônia abaixo de 278 K podem condensar em partículas recém-formadas tão pequenas quanto alguns nanômetros de diâmetro, levando a um crescimento rápido para tamanhos CCN16. Em temperaturas ainda mais baixas (abaixo de 258 K), o ácido nítrico e a amônia podem nuclear diretamente para formar partículas de nitrato de amônio, embora a nucleação de HNO3-NH3 puro seja muito lenta para competir com a nucleação de H2SO4-NH3 em condições comparáveis. No entanto, os resultados que apresentamos aqui mostram que, quando todos os três vapores estão presentes, uma interação sinérgica impulsiona taxas de nucleação ordens de magnitude mais rápidas do que aquelas de quaisquer dois dos três componentes. Uma vez nucleadas por meio desse mecanismo multiácido-amônia, as partículas podem crescer rapidamente pela co-condensação de NH3 e HNO3 sozinhos, sendo que ambos podem ser muito mais abundantes que o H2SO4 na alta troposfera.