요오드가 구름 형성을 돕는 방법에 대한 화학 코드 해독

[아름이]

요오드가 구름 형성을 돕는 방법에 대한 화학 코드 해독
날짜:
2022년 11월 14일
원천:
콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스
요약:
세계 최대의 입자 물리학 연구소에서 수행된 새로운 실험은 요오드산으로 알려진 기상 형태의 요오드가 어떻게 형성되는지에 대한 메커니즘을 보여주고 그것이 대기 입자 형성에서 촉매 역할을 한다는 것을 시사합니다.

콜로라도 대학교 볼더(University of Colorado Boulder) 연구원이 이끄는 국제 팀은 대기 중 요오드 입자 형성을 촉진하는 화학 코드를 해독하여 요오드가 어떻게 증가된 구름에 기여하고 지구를 보호하는 오존층의 분자를 고갈시키는지 밝혔습니다.

세계 최대 입자 물리학 연구소인 유럽 핵 연구 기구(CERN)에서 수행된 연구는 Nature Chemistry 저널에 오늘 게재되었습니다 . 요오드산으로 알려진 기상 형태의 요오드가 어떻게 형성되는지에 대한 메커니즘을 입증한 것은 세계 최초의 실험이며 이것이 대기 입자 형성에 촉매 역할을 한다는 것을 암시합니다.

그것은 대기 중 요오드가 전 세계적으로 증가하는 시점에 왔으며 현재 수준은 70년 전의 세 배입니다. 연구원들은 요오드의 대기 상호 작용에 대한 이 새로운 지식이 지구 온난화와 관련된 북극 해빙의 얇아짐을 악화시킬 수 있는 구름 면적 증가와 같은 환경 영향을 과학자들이 더 잘 이해할 수 있도록 지구 대기 및 기후 모델에 추가될 수 있기를 희망합니다.

"이 논문은 요오드가 대기 중으로 방출되는 방법과 후속 성장을 통해 씨앗 구름을 형성하는 입자 형성 사이의 연결 고리를 설정합니다."라고 CU Boulder의 화학 교수인 Rainer Volkamer는 말했습니다. 환경 과학 연구를 위한 협력 연구소(CIRES)의 andfellow. "그 연결은 이전에는 존재하지 않았지만 이제 우리는 분자 수준에서 그 연결을 확립했습니다."

요오드 소스와 대기 입자 형성 사이의 연결은 다단계 프로세스입니다. 먼저 요오드 산화물 라디칼은 자체적으로 결합한 다음 오존 및 물과 반응하여 요오드산을 만들고 (일중항) 산소 및 차아요오드산을 부산물로 만듭니다.

요오드는 대기 중에서 몇 초에서 몇 분 동안 지속되는 빠른 화학 반응을 겪는 라디칼 종을 형성하는 일반적이고 반응성이 높은 원소입니다. 대기에서 발견되는 대부분의 요오드는 바다에서 나옵니다. 바다에서 요오드화물로 존재하며 식탁용 소금에도 존재합니다. 지난 70년 동안 대기의 3배 증가는 인위적 대기 오염의 증가와 관련이 있습니다. 유해한 지상 오존이 해양 기반 요오드화물과 반응함에 따라 휘발성 요오드 가스를 대기로 방출합니다.

요오드가 150년 동안 연구되어 왔지만 Volkamer와 같은 연구자들이 대기 내에서 요오드의 중요한 역할을 밝힌 것은 불과 20년 전입니다. 2020년 Volkamer와 CU Boulder 및 CIRES 연구원은 요오드가 어떻게 성층권에 도달하고 유해한 UV 방사선으로부터 지구를 보호하는 오존을 먹어 치우는지를 보여주는 연구를 발표했습니다.

Volkamer는 "요오드는 다른 할로겐 중에서 블록의 새로운 아이로 오존층 회복에 영향을 미칩니다."라고 말했습니다.

화학 공정 식별

이 누락된 링크를 연구하기 위해 연구팀은 이러한 입자에 대한 데이터를 관찰하고 수집하는 데 필요한 깨끗한 조건의 본거지인 CERN으로 눈을 돌렸습니다. 여기서 CLOUD(Cosmics Leaving Outdoor Droplets)로 알려진 실험은 에어로졸과 구름 형성에 대해 잘 이해되지 않은 나머지 측면을 연구하기 위한 세계 최고의 실험실 실험이 되었습니다.

Volkamer의 연구 그룹인 ATMOSpec(Atmospheric Trace Molecule Spectroscopy) Lab은 16개의 유럽 파트너와 함께 이 협력에 참여하는 미국의 단 3개 대학(Caltech 및 Carnegie Mellon University와 함께) 중 하나입니다.

"이것은 세계에 존재하는 유일한 실험입니다."라고 Volkamer는 말했습니다. "협업에 참여하고 이와 같은 연구의 맥락에서 주도하게 되어 영광입니다."

CERN의 CLOUD 챔버에서 연구원들은 온도, 압력, 습도, 오존 농도 및 요오드 농도와 같은 조건을 완벽하게 제어할 수 있는 실험실 환경에 접근할 수 있을 뿐만 아니라 태양 스펙트럼의 다양한 측면과 유사한 다양한 광원에 접근할 수 있었습니다.

특정 반응이 일어날 수도 있고 일어나지 않을 수도 있는 이 인공적인 실내 분위기를 설정함으로써 과학자들은 입자를 형성하고 성장시키는 요오드 화학 반응에 대한 데이터를 정확하게 수집할 수 있었습니다.

이번 연구의 공동 저자이자 헬싱키 대학의 화학 교수인 테오 쿠르텐(Theo Kurten)은 "이것은 그들 중 누구도 스스로 대답할 수 없었던 질문에 답하기 위해 함께 모인 실험과 계산의 훌륭한 예"라고 말했습니다.

실험실에서 관찰한 내용이 실제 세계로 변환되는지 여부를 확인하기 위해 그들은 인간 활동의 영향이 거의 없는 외딴 위치인 인도양 남부의 레위니옹 섬에 있는 마이도 천문대 주변 공기에서도 조사 결과를 테스트했습니다. - 실험실 결과를 확증할 수 있었습니다.

기후에 대한 촉매 역할

황(또는 황산)과 같은 다른 원소와 달리 요오드는 대기 입자를 형성하기 위해 다른 분자("염기"라고 함)의 도움이 필요하지 않습니다. 연구원들은 다른 요소들에 비해 이 과정에서 매우 효율적이라고 밝혔습니다.

따라서 요오드산 입자의 형성은 해안 요오드 핫스팟이나 이러한 화학적 염기가 이용 가능한 위치에 국한되지 않고 오히려 대기 전체에서 발생할 수 있습니다.

"그것은 세계적인 현상이며, 입자 형성에서 요오드의 세계적인 중요성은 현재 생각하는 것보다 더 클 수 있습니다.

요오드는 또한 다른 입자 형성 증기와 근본적으로 다르다고 Finkenzeller는 말했다. 왜냐하면 대기 입자의 형성을 시작하는 능력과 하나의 요오드 원자가 이 과정을 여러 번 시작할 수 있다는 사실 때문입니다. 입자 형성에서 이러한 촉매 역할은 보호용 오존 분자를 제거하거나 구름 면적을 증가시키는 역할을 하든 관계없이 대기의 영향을 강화합니다.

인간 활동이 대기 중 요오드의 가용성을 증가시키면서 전 세계 대기 질에 대한 부정적인 영향으로 인해 이 단기적인 요소의 영향은 오래 지속될 수 있습니다. 북극에서 해빙이 녹으면서 더 많은 요오드가 대기로 유입되어 구름 면적이 증가하고 지역의 온난화 효과를 높일 수 있습니다. 그리고 열대 지방에서는 폭풍우가 이 요오드를 대기로 높이 보낼 수 있으며, 그곳에서 우리를 보호하는 오존층에 영향을 미칩니다.

"우리는 여전히 요오드 재활용 화학을 더 잘 이해할 필요가 있습니다. 그러나 이제 소스 메커니즘을 이해했으므로 과도한 요오드가 지구 대기의 입자 형성, 구름 및 오존 복구에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다."라고 Volkamer는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/