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Jul 16, 2023

Nova formação e destino dos marcadores isopreno SOA revelados por dados de campo

npj Climate and Atmospheric Science volume 6, Artigo número: 69 (2023) Citar este artigo 868 Acessos 1 Altmetric Metrics detalhes 2-metiltetróis particulados (2-MT) ​​e ácido 2-metilglicérico (2-MG)

npj Climate and Atmospheric Science volume 6, Número do artigo: 69 (2023) Citar este artigo

868 acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

2-metiltetrois particulados (2-MT) ​​e ácido 2-metilglicérico (2-MG) são normalmente usados ​​para indicar a abundância de aerossóis orgânicos secundários derivados de isopreno (SOA). No entanto, a sua formação e destino não são totalmente compreendidos. Neste estudo, mostramos que as partículas 2-MT e 2-MG coletadas em vários locais de monitoramento sob uma ampla gama de condições atmosféricas e de emissão, com concentrações abrangendo seis ordens de grandeza, são bem reproduzidas com um esquema expandido de isopreno-SOA implementado em o modelo comunitário de qualidade do ar multiescala (CMAQ). O esquema considera sua partição trifásica (fase gás-aquosa-orgânica), formação a partir de reações multifásicas acionadas por ácido e degradação por radicais OH nas fases gasosa e aquosa. Os resultados do modelo revelam que é necessária uma via de formação não aquosa ou emissão biogênica direta para complementar o processo de reação multifásica comumente assumido acionado por ácido para explicar as concentrações observadas de 2-MT. Esta via ausente contribui para 20-40% de 2-MT em áreas com pH de aerossol <2 e mais de 70% sob condições menos ácidas (pH ~ 2-5), como aquelas encontradas no oeste dos EUA e na China. Os tempos de vida fotoquímicos típicos da fase gasosa no verão de 2-MT e 2-MG são estimados em 4–6 e 20–30 h, respectivamente, e seus tempos de vida aquosos são de aproximadamente 20–40 h. Nossas simulações mostram que o 2-MT previsto é influenciado principalmente por sua perda de fase aquosa para OH, mas o 2-MG é mais sensível à perda de OH na fase gasosa devido à partição preferencial dos dois traçadores nas fases aquosa e gasosa, respectivamente.

O isopreno é o composto orgânico volátil (COV) biogênico não metano mais abundante emitido na atmosfera, com emissões globais anuais estimadas de 500–750 Tg1. É altamente reativo e pode ser oxidado pelo radical hidroxila (OH)2,3, ozônio (O3)4 e radical nitrato (NO3)5 para gerar produtos aerossóis orgânicos semivoláteis e pouco voláteis6,7,8,9,10. Em áreas com maiores emissões de isopreno, como o Leste dos Estados Unidos (EUA), o isopreno contribui com mais de 45% do aerossol orgânico secundário (SOA) no verão11.

A composição química do isopreno SOA tem sido extensivamente investigada em experimentos de câmara e estudos de modelagem9,10,12,13. Entre as espécies de isopreno SOA identificadas, 2-metiltetrols (2-MT, incluindo 2-metiltreitol e 2-metileritritol)14 e ácido 2-metilglicérico (2-MG) são considerados compostos traçadores únicos15,16, e têm sido amplamente utilizados para estimar o SOA geral derivado de isopreno em estudos de campo17,18. Descobriu-se que os precursores imediatos de 2-MT e 2-MG são produtos solúveis em água, ou seja, epoxidióis de isopreno (IEPOX) da oxidação de isopreno OH sob condições de baixo NOx9,19, e epóxido de ácido metacrílico (MAE) e hidroximetil-metil- α-lactona (HMML) formada sob condições de alto NOx10,20, respectivamente. Acredita-se que a formação de 2-MT e 2-MG ocorra principalmente na água altamente ácida do aerossol através da absorção superficial irreversível de IEPOX e MAE/HMML, respectivamente9,10,21,22. Com base nesses estudos, Pye et al.23 e Budisluistiorini et al.24 implementaram um esquema de reação multifásica em um modelo regional de transporte químico para prever explicitamente a geração de 2-MT e 2-MG em água aerossol.

No entanto, 2-MT e 2-MG também foram detectados na fase de aerossol sob condições secas e em aerossóis de sementes não ácidos gerados em laboratório . Foi proposto que o 2-MT fosse emitido principalmente na fase gasosa devido a processos biológicos e estressores ambientais28, e sua corrente ascendente convectiva e partição de partículas de gás explicaram as medições de IEPOX-SOA por aeronaves na troposfera superior sobre a floresta amazônica29. Estes estudos sugerem a existência potencial de vias não aquosas para o 2-MT a partir do isopreno. Embora Budisluistiorini et al. mostraram que os dois traçadores poderiam ser razoavelmente estimados apenas a partir das reações multifásicas acionadas por ácido, o tratamento dos dois traçadores como espécies não voláteis e não reativas poderia compensar as vias não aquosas potencialmente ausentes . Na realidade, os traçadores foram detectados em quantidades significativas nas fases gasosa e particulada em experimentos de campo, sugerindo que ambas as espécies são provavelmente semivoláteis . Além disso, as reações de oxidação 2-MT e 2-MG com radicais OH na fase gasosa e aquosa poderiam ser vias de remoção eficazes, que não foram consideradas em estudos de modelagem28,34,35,36.