Возникает соблазнительная мысль: с изменением климата, которым так трудно управлять, и страны, не желающие принимать решительные меры, что, если бы мы могли смягчить его последствия, установив своего рода химический зонтик — слой серной кислоты в верхних слоях атмосферы, который мог бы отражать солнечное излучение и охлаждение Земли?

Согласно новому исследованию, опубликованному в Журнале Американского химического общества в результате сотрудничества ученых из Пенсильвании и двух групп в Испании, атмосферные условия в стратосфере создают проблему для образования серной кислоты, делая ее производство менее эффективным, чем можно было ожидать ранее. Таким образом, необходимы дополнительные исследования химического состава серной кислоты и ее строительных блоков в верхних слоях атмосферы, чтобы уверенно продвигаться вперед с этой стратегией климатической геоинженерии, говорят исследователи.

«Эти фундаментальные открытия подчеркивают важность понимания фотохимии, задействованной в геоинженерии», — говорит Джозеф С. Франциско, атмосферный химик из Школы искусств и наук Пенна и соавтор исследования. «Это критически важно, и это то, что было проигнорировано».

Использование серной кислоты для притупления солнечных лучей в качестве средства сдерживания воздействий изменения климата основано на природном явлении: при извержении вулканов выделяемая ими сера создает локальные, а иногда даже далеко идущие охлаждающие облака, которые фильтруют солнце. Но эти облака появляются в тропосфере, которая простирается от поверхности Земли до примерно 10 километров. Геоинженерия с использованием серной кислоты могла бы произойти намного выше, в стратосфере, примерно от 10 до 20 километров над планетой.

Условия меняются с увеличением высоты. Примечательно, что воздух становится суше, а энергия солнечных лучей становится сильнее. В новой работе Франциско, его постдок Тарек Трабелси и коллеги из испанского Института физической химии Рокасолано и Университета Валенсии объединились, чтобы изучить, как эти переменные влияют на химические реакции, участвующие в производстве серной кислоты.

Основным источником поступления является диоксид серы (SO ₂ ), который реагирует с гидроксильными радикалами (OH), своего рода атмосферным «детергентом», с образованием HOSO ₂ . HOSO ₂ реагирует с кислородом с образованием триоксида серы (SO ₃ ), который затем реагирует с водяным паром с образованием серной кислоты. Аэрозоли, образованные из серной кислоты, обладают способностью отражать солнечный свет.

Эти реакции хорошо охарактеризованы; вместе они ответственны за создание кислотных дождей в тропосфере. Но будет ли эта химия работать в стратосфере и достичь такой же эффективности, было неизвестно.

Рекомендация: если вам нужен агрегат для отопительных систем, систем водоснабжения коммунальных хозяйств, то рекомендуем ознакомиться насос К 150-125-250, узнать технические характеристики, и цены, можно по ссылке.

Чтобы выяснить это, команда использовала квантовую химию — подход, который учитывает основное, переходное и возбужденное состояния атомов и молекул — чтобы рассмотреть, как HOSO ₂ и SO ₃ будут вести себя в стратосфере в условиях высокой освещенности и низкой влажности. Хотя геоинженерные подходы учитывают способность этих двух молекул отражать солнечный свет, исследователи обнаружили, что когда HOSO ₂ образуется в стратосфере, солнечное излучение заставляет молекулу быстро фотолизоваться, по существу распадаясь на ее составные части, включая диоксид серы, который в больших концентрациях вреден для человека.

«Одно из следствий этого открытия состоит в том, что если вы поместите туда диоксид серы, он будет просто переработан», — говорит Франциско. «Таким образом, это открывает дверь к тому, есть ли у нас полное представление о химии серы в атмосфере в стратосфере».

Снижение HOSO ₂ также снизит эффективность производства серной кислоты, отмечают исследователи, что, возможно, снизит эффективность химического солнцезащитного козырька.

Напротив, исследователи обнаружили, что уровни SO ₃ оставались довольно стабильными в стратосферных условиях. «Мы знаем, что он вступает в реакцию с водой, но мы почти ничего не знаем о том, как он может отреагировать», — говорит Франциско. «Найдет ли атмосфера способ избавиться от SO _3, или она где-то соберется и начнет где-то инициировать новую химию?»

Действительно, исследователи отмечают, что очень важно понимать, в какие еще реакции могут вступать эти молекулы в стратосфере. «Эта работа указывает на предостережение: если химический состав SO ₃ отличается, то как он взаимодействует с другим химическим составом, который в настоящее время происходит в стратосфере», — говорит он. «Нам нужно подумать, есть ли какие-либо химические проблемы, о которых нам нужно подумать заранее».

Полученные данные также подчеркивают необходимость в Плане Б, если химический состав атмосферы не соответствует ожиданиям. «Это поднимает принципиально важный вопрос», — говорит Франциско. «Если мы добавим диоксид серы, сможем ли мы вывести его из стратосферы?»

Группа Франциско продолжает применять передовые квантовые методологии, чтобы изучить, как фотохимия взаимодействует с атмосферными моделями, чтобы получить более полное представление о различных сценариях геоинженерии.

«Впервые вы берете результаты фундаментальной физики и химии и наносите их на карту в климатические модели, чтобы посмотреть на трехмерное атмосферное воздействие», — говорит Франциско.

И хотя некоторые ученые уже предлагают опробовать геоинженерный подход с использованием SO ₂ , Франциско и его коллеги подчеркивают, что результаты зависят от некоторых аспектов химии серы, которые остаются неизвестными.

«Это выдвигает на первый план необходимость информировать сообщество о том, что нам нужны более фундаментальные химические процессы, прежде чем мы начнем понимать полное химическое воздействие этого подхода», — говорит Франциско.