Licht in das chemische Rätsel des Schwefeltrioxids in der Atmosphäre bringen

30.05.2024

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Forscher der Universität Tampere haben entdeckt, dass Schwefeltrioxid in der Atmosphäre durch Wechselwirkung mit organischen und anorganischen Säuren andere Produkte als Schwefelsäure bilden kann. Diese bisher nicht charakterisierten Schwefelsäureanhydridprodukte tragen mit großer Wahrscheinlichkeit wesentlich zur Bildung neuer Partikel in der Atmosphäre bei und bieten eine Möglichkeit, Carbonsäuren effizient in atmosphärische Nanopartikel einzubauen. Eine bessere Vorhersage der Aerosolbildung kann dazu beitragen, die Luftverschmutzung einzudämmen und die Ungewissheit bezüglich des Klimawandels zu verringern.

Während lange Zeit davon ausgegangen wurde, dass das einzige Schicksal von gasförmigem _SO3 bei einer angemessenen Luftfeuchtigkeit die schnelle Umwandlung in Schwefelsäure ist, wurde kürzlich gezeigt, dass sich unter städtischen Verschmutzungsbedingungen erhebliche Mengen _SO3 ansammeln (Yao et al.), was auf Lücken in unserem Verständnis der Bildungs- und Verlustprozesse hinweist. Die Forscher der Aerosolphysik an der Universität Tampere und ihre Mitarbeiter haben nun gezeigt, dass das Zusammenspiel zwischen _SO3 und einigen der in der Atmosphäre am häufigsten vorkommenden sauren Moleküle schnell zu sauren Schwefelsäureanhydrid-Molekülen führt, die alle Merkmale aufweisen, um sehr effizient neue Partikel zu bilden und folglich die Klimadynamik zu beeinflussen.

In ihrer Arbeit untersuchten die Forscher mit einer Kombination aus Laborexperimenten und quantenchemischen Berechnungen die Reaktionsprodukte von _SO3 mit organischen und anorganischen Säuren unter umweltrelevanten Druck- und Temperaturbedingungen. Feldmessungen bestätigten die Relevanz dieser Reaktionen in verschiedenen chemischen Umgebungen, darunter städtische Gebiete, Meeres- und Polarregionen sowie vulkanische Abgase.

"Die untersuchten Säuren können als effiziente Senken für gasförmiges SO3_{in der}Atmosphäre fungieren und die Schwefelsäurekonzentrationen und Aerosoleigenschaften beeinflussen. Diese Ergebnisse stellen eine große Herausforderung für das Verständnis der Atmosphärenchemie dar, da sie neue Wege für die Partikelbildung und Transportmechanismen von Carbonsäuren aufzeigen", sagt einer der Hauptautoren, Dr. Avinash Kumar von der Universität Tampere.

Die vorliegenden Ergebnisse zeigen auch einen direkten Weg zu schwefelorganischen Verbindungen in der Gasphase, was für den Schwefelgehalt in atmosphärischen Aerosolen von Bedeutung ist, von dem man bisher annahm, dass er nur aus mehrphasigen Reaktionen stammt.

"Die Bedeutung dieser Reaktionen bedeutet, dass die Zuverlässigkeit aktueller Modelle der Atmosphärenchemie durch ihre Einbeziehung erheblich verbessert wird, insbesondere um die Aerosolbildung in Regionen mit hohem Schwefelgehalt zu verstehen", fügt Dr. Siddharth Iyer von der Universität Tampere hinzu.

Bessere Vorhersagen über die Aerosolbildung können zu besseren Strategien für den Umgang mit der Luftverschmutzung und zur Abschwächung ihrer Auswirkungen auf das globale Klima führen.

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Originalveröffentlichung

"Direct Measurements of Covalently Bonded Sulfuric Anhydrides from Gas-Phase Reactions of SO3 with Acids under Ambient Conditions";Journal of the American Chemical Society 2024.

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Originalveröffentlichung

"Direct Measurements of Covalently Bonded Sulfuric Anhydrides from Gas-Phase Reactions of SO3 with Acids under Ambient Conditions";Journal of the American Chemical Society 2024.

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