卡内基梅隆大学的研究人员与一个国际科学家团队合作，发现了一种以前未知的机制，该机制允许大气粒子在某些条件下非常迅速地形成。该研究发表在《自然》杂志上，可以帮助模拟气候变化和减少城市中的颗粒污染。
“我们对大气气候的理解中唯一真正的不确定性与细颗粒和云有关，它们是如何随时间变化的，以及它们将如何应对气候变化，”托马斯罗德大学化学教授尼尔多纳休说。化学工程系、工程与公共政策系教授。
在任何给定时间，大气中的粒子数量都会对本地和全球产生重大影响，包括导致城市中不健康的烟雾和影响地球气候。然而，多纳休指出，粒子需要达到一定的尺寸——直径约 100 纳米——才能产生这些影响。
如果粒子没有达到那个大小，它们很快就会被包含在其他更大的粒子中。这意味着人们预计在污染的城市环境中几乎不会产生新的颗粒，在这些环境中，空气中已经充满了较大的颗粒，这些颗粒可能会吞噬新的小颗粒。然而，在这些环境中，新颗粒的形成相对普遍，正如世界各地城市降雨后雾霾迅速改变时所明显看到的那样。
多纳休认为这个谜团的答案可能在于这项新研究。“我们找到了一种新方法，可以让大气中的微小有核粒子迅速长大，大到足以影响气候和健康，”他说。
多纳休的实验室小组长期以来一直是 CLOUD 实验的一部分，这是一项国际合作的科学家，他们使用瑞士欧洲核子研究中心的一个特殊室来研究宇宙射线如何影响大气中粒子和云的形成。该室允许研究人员精确混合气态化合物并观察粒子如何形成和从中生长。
在这项由卡内基梅隆大学化学博士生 Mingyi Wang 设计的研究中，CLOUD 团队在很宽的温度范围内冷凝硝酸和氨气，发现由此产生的新粒子的生长速度可以比之前观察到的快 10 到 100 倍，使它们能够达到足够大的尺寸以避免被其他颗粒消耗。由这两种蒸气形成的化合物，硝酸铵(一种常见的肥料)，以前已知会导致较大颗粒内的大气污染，但其在帮助微小颗粒生长方面的作用尚不清楚。
“这可能有助于解释有核粒子如何在大城市受污染的城市条件下长大，这是一个大难题，以及它们如何在大气上部形成，在那里它们可以产生强烈的气候影响，”多纳休解释道。该团队现在正致力于研究这种机制在地球高层大气中是如何发挥作用的。
对于担任该研究的联合负责人的王来说，这项研究源于他对了解空气污染的强烈渴望。在完成对 PM2.5 进行采样和分析的本科研究项目后，Wang 决定继续从事这一研究领域，以更好地探索这些小颗粒如何对地球产生如此大的影响以及如何补救这种影响。
“我意识到这些大气颗粒物从来都不是一个只有亚洲需要处理的简单空气质量问题，”王说。“相反，由于它们对健康和气候的影响，它们是一项全球挑战。”
