关于大气有机化学的前所未有的数据聚集

在2011年夏天的几个星期里，来自世界各地的科学家团队聚集在科罗拉多州的一小片黄松松林中，进行了一次对大气化学进行的最详细，最广泛的调查。使用专为此项目创建的新测量设备的案例。现在，经过多年的分析，他们对本研究结果的全面综合已在本周发布。

这些团队包括麻省理工学院的一个小组，他们使用新开发的设备来识别和量化碳化合物，他们在“自然地球科学”杂志的一篇论文中报告了他们的综合结果。麻省理工学院土木与环境工程和化学工程副教授Jesse Kroll和材料科学与工程系麻省理工学院技术讲师James Hunter在研究期间是Kroll小组的博士生，是资深作者分别是该报告的24位撰稿人的主要作者。土木与环境工程系副教授Colette Heald和地球，大气和行星科学系也是合着者。

他们在那片科罗拉多森林中研究的有机(含碳)化合物在大气化学过程中发挥着关键作用，这些化学过程会影响空气质量，生态系统的健康以及气候本身。然而，许多这些过程在现实世界的复杂性中仍然知之甚少，而且之前从未对它们进行过如此严格的采样，研究和量化。

“目标是试图了解森林环境中与有机颗粒物质相关的化学反应，”Kroll解释说。“各个团队使用我们各自开发的最先进的仪器进行了大量不同的测量。”这样做，他们能够填补大气中有机化合物清单中的重大空白，找到关于其中三分之一是先前未测量的半挥发性和中等挥发性有机化合物(SVOC和IVOC)。

“我们一直怀疑我们在大气中测量碳含量存在差距，”Kroll说。“通过测量它们的前体，似乎有更多的气溶胶可以解释。”

麻省理工学院的团队以及其他一些研究小组开发了专门针对这些难以测量的化合物的仪器，Kroll将其描述为“仍然处于气相，但很粘稠。”它们的粘性使它们很难得到它们通过进入测量装置的入口，但这些化合物可能在气溶胶的形成和改变中发挥重要作用，气溶胶是微小的空气传播颗粒，可能导致烟雾或雨滴或冰晶的成核，影响地球的气候。

“这些乐器中的一些是第一次在这次活动中使用，”Kroll说。在分析结果时提供了前所未有的SVOC和IVOC测量结果，“我们意识到我们拥有的这一数据集提供了比以往更多的有机化合物信息。通过将所有这些仪器的数据汇总到一个组合数据集中，我们能够以比以往更加全面的方式描述大气中的有机化合物，从而弄清楚究竟发生了什么。“

研究人员指出，这是一个比看起来更复杂的挑战。树木和其他植物不断地排放大量不同的有机化合物，这些化合物的化学成分，物理性质以及与其他化合物发生化学反应的能力各不相同。一旦它们进入空气中，许多化合物开始氧化，这会以指数方式增加其数量和多样性。

用于描述这些不同化合物的数量和反应的合作活动发生在科罗拉多州落基山脉的曼尼通实验森林观测站的一个区域。五种不同的仪器用于收集有机化合物的数据，其中三种从未使用过。

研究人员表示，尽管取得了进展，仍有许多工作要做。虽然现场测量提供了不同化合物随时间的数量的详细分布，但它无法确定将一组化合物转化为另一组化合物的具体反应和途径。这种分析需要在受控的实验室环境中直接研究反应，并且这种工作正在Kroll的麻省理工学院实验室和其他地方进行。

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