Органические частицы модулируют перемешивание сажи в атмосфере. В атмосфере отдельные частицы сажи, выделяемые в результате деятельности человека, часто сталкиваются и соединяются с органическим материалом, образуя частицы, содержащие сажу. Исследовательская группа во главе с учеными из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Мичиганского технологического университета установила связь между вязкостью органического материала и его распределением в частице, содержащей сажу. Эта конфигурация смешивания важна, потому что она изменяет способность частиц поглощать и рассеивать солнечную радиацию.

Фото: CC0 Public Domain

Ученые обнаружили, что органический материал с низкой вязкостью частично или полностью инкапсулирует частицы сажи, в то время как высоковязкий органический материал часто прикрепляется к поверхности сосуществующих частиц сажи или даже не слипается, оставаясь отделенным.

Частицы сажи сильно поглощают солнечную радиацию и, следовательно, влияют на энергетический баланс Земли. Однако их оптические свойства сильно зависят от того, как отдельные частицы сажи смешиваются с другими частицами в атмосфере (внутреннее смешивание).

Это исследование определило вязкость органического вещества в атмосфере как ключевой фактор, который влияет на распределение органического вещества в сажосодержащих частицах. Эти результаты позволят улучшить модели аэрозолей, которые предсказывают состояние смешивания сажи с помощью процессов конденсации и коагуляции, тем самым улучшая расчеты радиационного воздействия и предсказания климата.

Органические частицы в атмосфере проявляют широкий диапазон вязкости, в зависимости от их химического состава и условий окружающей среды, таких как температура и относительная влажность. Поскольку частицы сажи соединяются с органическими частицами в атмосфере, распределение сажи и органического материала в комбинированной частице определяет ее общие оптические свойства и эффекты радиационного воздействия на нагрев или охлаждение.

Делая снимки, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, под разными углами обзора, исследователи исследовали частицы, содержащие сажу, собранные в ходе исследования углеродных аэрозолей и радиационных эффектов (CARES) Министерства энергетики США в Сакраменто, Калифорния, в июне 2010 года. Их результаты показывают, что органический материал с низкой или средней вязкостью часто поглощается сажа, в то время как высоковязкий органический материал прикрепляется к поверхности сажи или остается отделенной от нее. Частицы сажи, поглощенные органическими веществами с низкой вязкостью, покрываются оболочкой и могут быть приблизительно представлены моделью «ядро-оболочка», где частицы сажи находятся в центре идеализированной сферической оболочки, изготовленной из органического материала. Напротив, увеличение вязкости приводит к ограниченному (частичному) поглощению и, следовательно, к образованию конфигураций неосновная оболочка.

Эти данные устанавливают связь между вязкостью органического материала и его распределением при внутреннем смешении с частицами сажи. Учет влияния вязкости органического вещества на состояние перемешивания сажосодержащих частиц в численных моделях позволит улучшить оценки радиационного воздействия от сажи.

По материалам phys.org