De CLOUD-opstelling.

Amines in de atmosfeer houden zwavelzuurmoleculen bij elkaar en werken zo de vorming van wolken in de hand. Een internationaal gezelschap heeft dat experimenteel vastgesteld, zo valt te lezen in PNAS.

Dat zwavelzuur een rol speelt bij de wolkvorming is al langer bekend. Het wordt in de hogere luchtlagen gevormd door oxidatie van SO2 en andere vluchtige zwavelverbindingen. Met een paar moleculen tegelijk vormt het vervolgens aerosoldeeltjes, die weer dienen als kiem voor de vorming van waterdruppels.

Uit berekeningen bleek echter dat er meer bij komt kijken dan alleen zwavelzuur en water. Die combinatie verdampt te gemakkelijk, en dan houd je veel te weinig kiemen over voor de hoeveelheid wolk die je in de praktijk ziet ontstaan.

Geopperd was al dat amines de druppels zouden kunnen stabiliseren door met het zwavelzuur te reageren. Alleen was er nog geen meetapparatuur beschikbaar die kon aantonen dat dat daadwerkelijk gebeurt. De samenstelling van zulke aerosoldeeltjes is namelijk alleen goed te meten met massaspectrometrische technieken. Die werken echter alleen met geladen deeltjes, terwijl bij de wolkvorming vooral ongeladen deeltjes betrokken lijken te zijn.

Onderzoekers van de Goethe-universiteit in Frankfurt am Main en de universiteit van Helsinki hebben daar nu iets op gevonden: ‘chemical ionization - atmospheric pressure interface - time of flight mass spectrometry’, afgekort CI-APi-TOF. Het komt er op neer dat je de deeltjes ioniseert door er bij de ingang van de massaspectrometer een ion aan toe te voegen, bijvoorbeeld NO3-.

Met die techniek is geobserveerd wat er gebeurt in de wolkvormingskamer (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets, afgekort CLOUD) van het CERN. Met de huidige CI-APi-TOF kun je deeltjes van maximaal 2.000 Dalton analyseren, en in dit geval resulteerde dat in de waarneming van deeltjes die maximaal 14 zwavelzuur- en 16 dimethylaminemoleculen bevatten. De diameter ligt dan rond de 2 nanometer. Opvallend is dat de verhouding van beide moleculen in de deeltjes altijd dicht tegen de 1:1 ligt, ongeacht de concentratieverhouding in de atmosfeer.

Er kwam ook uit dat deeltjes met twee moleculen zwavelzuur en één dimethylamine al niet meer verdampen, en alleen maar verder groeien.

Het is alleen met dimethylamine uitgeprobeerd maar waarschijnlijk gaat het verhaal ook op voor andere amines, die onder meer dankzij de veehouderij in de atmosfeer terecht komen. Om het gebeuren daarboven precies in beeld te krijgen is echter nog veel meer onderzoek nodig.

bron: Goethe-Universität