作为全球合作的一部分,卡内基梅隆大学的化学家们帮助发现碘酸可以在大气中迅速形成气溶胶颗粒,从而使科学家们更多地了解了碘的排放如何促进云的形成和气候变化。

托马斯·洛德大学化学教授,化学工程,工程与公共政策系教授尼尔·多纳休(Neil Donahue)说:“基本上所有围绕气候变化和大气的不确定性都与颗粒和云滴有关。”
Donahue实验室是CERN CLOUD实验的长期成员,该实验是国际科学家合作,利用瑞士CERN的特殊腔室通过研究宇宙射线如何影响大气中粒子和云的形成来弥补这种不确定性。该腔室使研究人员能够精确地混合气态化合物,并观察颗粒如何形成和从中生长。
在今天发表在《科学》杂志上的一项研究中,CLOUD的合作特别关注了含碘蒸气如何影响该成核过程。Donahue说,由于尚未完全理解的原因,近年来大气中含碘蒸气化合物的浓度一直在增加。
多纳休说:“这代表了一种新的粒子形成途径,而后者又支配着海洋大气中云的性质。”
Donahue和他的团队在以前的实验室的基础上进行了研究,该实验室发现了由硝酸和氨蒸气形成大气颗粒的新的快速机制,现在,Donahue和他的团队已帮助CLOUD合作发现碘酸颗粒的成核速率非常快。
这意味着大气中含碘蒸气浓度的增加会导致形成云的粒子数量大量增加。
特别是Donahue及其合作者,包括目前的博士学位。候选人王明义和维多利亚·霍夫鲍尔,校友叶烨,前博士后陈德贤先生贡献了他们对最先进的化学电离质谱仪的使用,该质谱仪可以测量尺寸小于10纳米的极小颗粒的数量和组成紧随其形成。
Donahue说:“ CMU的测量结果表明,新形成的颗粒主要由碘酸组成,这证实了该关键分子不仅在颗粒形成时以蒸气形式存在,而且还决定了它们的生长。”
虽然云的形成听起来像是相对良性的结果,但由于它们具有高反射性,因此在调节地球温度方面起着重要作用。太阳的大部分能量被云层反射回太空,从而防止地球变得太热。
但是,反射率可以双向起作用,这是地球两极的一个特殊问题。通常,白色的雪和冰表面将大量阳光反射回太空,从而使那里的表面保持凉爽。但是,在这些区域中增加的云形成可能意味着从表面反射的光可以被云层反射回冰和雪上。
多纳休说:“北极是一个特别脆弱的地区,变暖速度是两倍,而且海冰和冰盖融化的巨大后果。” 他和他的实验室已经在计划未来的研究,以研究碘酸和硫化合物之间的复杂反馈,以及它们如何影响极地大气和气候变化。
多纳休说:“我们在这一领域有很多要学习的东西,特别是关于碘化合物与颗粒之间的相互作用,以及二甲基硫的氧化及其颗粒的形成。”