Skip to main content
2021-05-12

Zure regen is meer dan tien keer zuurder dan zuiver regenwater en veroorzaakt schade aan structuren en gebouwen, maar vooral aan de vegetatie (b.v. voedselgewassen). Ook de bodem wordt erdoor gedemineraliseerd, waardoor de groei van planten wordt belemmerd. De zuurtegraad van de atmosfeer wordt in toenemende mate bepaald door koolstofdioxide en organische zuren zoals mierenzuur. Mierenzuur draagt bij tot de vorming van aerosoldeeltjes waar regendruppels zich aan vasthechten, en heeft daardoor gevolgen voor de groei van wolken en de pH van regenwater. De chemische processen achter de vorming ervan werden tot nu toe echter niet goed begrepen. Een nieuwe studie van een internationaal team van onderzoekers van de Université libre de Bruxelles (ULB) en het Duitse Forschungszentrum Jülich (FZJ), met bijdragen van BIRA-wetenschappers, gepubliceerd in Nature op 12 mei, werpt eindelijk licht op het vormingsmechanisme van mierenzuur.

In het begin van de jaren tachtig ontdekten de geïndustrialiseerde landen dat hun bossen werden geteisterd door zure regen en dat hun bomen bij duizenden tegelijk afstierven. De oorzaak was de uitstoot van stikstofoxiden en zwaveloxiden door menselijke activiteit, die met waterdruppels in wolken reageerden tot zwavelzuur en salpeterzuur. Zure regen heeft een pH van ongeveer 4,2-4,8. Dit is meer dan tien keer lager dan de pH van zuiver regenwater (5,5-5,7), dat het resultaat is van het natuurlijke koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer.

Het chemische proces dat het grootste deel van het mierenzuur in de atmosfeer vormt, was tot op heden echter onbekend. Dr. Bruno Franco (ULB) en Dr. Domenico Taraborrelli (FZJ) hebben het nu ontcijferd:

Formation formic acid
Schema van de belangrijkste emissiesectoren en primaire emissies, meteorologische
en chemische processen, effecten op luchtkwaliteit en klimaat, en meet- en analyse-
instrumenten die worden gebruikt om de effecten van emissieveranderingen te
analyseren. (Franco et al., 2021)

  1. Formaldehyde (HCHO) wordt op natuurlijke wijze gevormd door foto-oxidatie van vluchtige organische verbindingen (uitgestoten door vegetatie en bepaalde industriële processen).
  2. Formaldehyde reageert binnen wolkendruppels met watermoleculen tot methanediol (CH2(OH)2).
  3. Het grootste deel hiervan wordt onder de vorm van gas uitgestoten en reageert met OH-radicalen - soms het "wasmiddel van de atmosfeer" genoemd - tot mierenzuur (HCOOH of CH2O2) in een fotochemisch proces.
  4. Een klein deel reageert ook met de vloeibare fase van de waterdruppels om mierenzuur te vormen dat door regen wordt verspreid.

 

"Volgens onze berekeningen produceert de oxidatie van methanediol in de gasfase tot vier keer zoveel mierenzuur als wat wordt geproduceerd in andere bekende chemische processen in de atmosfeer," zegt Domenico Taraborrelli. Deze hoeveelheid verlaagt de pH van wolken en regenwater met maximaal 0,3, wat de bijdrage van organische koolstof aan de natuurlijke zuurtegraad van de atmosfeer benadrukt.

De wetenschappers hebben hun theorie eerst getest met behulp van MESSy, een wereldwijd atmosferische chemie-model, en hebben de resultaten vergeleken met de hoeveelheden mierenzuur die aanwezig zijn in de atmosfeer, berekend aan de ULB dankzij de metingen van het IASI-instrument (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) aan boord van de satellieten Metop-A, -B en -C. "Deze satellietmetingen zijn zeer belangrijk omdat ze, net als bij andere bestanddelen van de atmosfeer, het mogelijk maken de nauwkeurigheid van modellen te beoordelen. En voor het eerst maakt het ontdekte mechanisme het mogelijk de modellen en de metingen van mierenzuur, die tot nu toe sterk onderschat waren, met elkaar in overeenstemming te brengen," legt Bruno Franco uit. Latere experimenten in de atmosferische simulatiekamer SAPHIR in Jülich hebben deze resultaten bevestigd.

"We gaan ervan uit dat het aangetoonde mechanisme ook actief is in waterige aerosolen en geldt voor andere organische zuren, zoals oxaalzuur, waarmee in atmosferische chemie-modellen tot nu toe onvoldoende rekening is gehouden", aldus Taraborrelli. Deze resultaten zouden zodoende een beter inzicht kunnen brengen in de groei van aerosoldeeltjes en de ontwikkeling van wolken.

Het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie heeft aan deze studie bijgedragen door metingen te leveren van organische verbindingen in de atmosfeer: [1] wereldwijde satellietwaarnemingen van formaldehyde met de OMI-spectrometer (De Smedt et al., 2018); [2] grondmetingen van mierenzuur op Ile de la Réunion met een FTIR-instrument (Vigouroux et al., ACP, 2012).

Publicatie

B. Franco, T. Blumenstock, C. Cho, L. Clarisse, C. Clerbaux, P-F. Coheur, M. de Mazière, I. de Smedt, H.-P. Dorn, T. Emmerichs, H. Fuchs, G. Gkatzelis, D. W. T. Griffith, S. Gromov, J. W. Hannigan, F. Hase, T. Hohaus, N. Jones, A. Kerkweg, A. Kiendler-Scharr, E. Lutsch, E. Mahieu, A. Novelli, I. Ortega, C. Paton-Walsh, M. Pommier, A. Pozzer, D. Reimer, S. Rosanka, R. Sander, M. Schneider, K. Strong, R. Tillmann, M. van Roozendael, L. Vereecken, C. Vigouroux, A. Wahner, D. Taraborrelli; Ubiquitous atmospheric production of organic acids mediated by cloud droplets, Nature, https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03462-x, 2021.

Dankwoord

Origineel persbericht door het Institute of Energy and Climate Research – Troposphere (IEK-8).

Aanpassingen en vertalingen werden gecoördineerd met de Université Libre de Bruxelles (ULB).

Het BIRA erkent nationale financiering van BELSPO en ESA via de ProDEx-project TRACE-S5P (TRACE-S5P-project).

Multi-sensor HCHO-ontwikkelingen zijn gefinancierd door het EU FP7 QA4ECV-project (subsidie nr. 607405).

Referenties

[1] De Smedt, I., Theys, N., Yu, H., Danckaert, T., Lerot, C., Compernolle, S., Van Roozendael, M., Richter, A., Hilboll, A., Peters, E., Pedergnana, M., Loyola, D., Beirle, S., Wagner, T., Eskes, H., van Geffen, J., Boersma, K. F., and Veefkind, P.: Algorithm theoretical baseline for formaldehyde retrievals from S5P TROPOMI and from the QA4ECV project, Atmos. Meas. Tech., 11, 2395–2426, https://doi.org/10.5194/amt-11-2395-2018, 2018.

[2] Vigouroux, C., Stavrakou, T., Whaley, C., Dils, B., Duflot, V., Hermans, C., Kumps, N., Metzger, J.-M., Scolas, F., Vanhaelewyn, G., Müller, J.-F., Jones, D. B. A., Li, Q., and De Mazière, M.: FTIR time-series of biomass burning products (HCN, C2H6, C2H2, CH3OH, and HCOOH) at Reunion Island (21° S, 55° E) and comparisons with model data, Atmos. Chem. Phys., 12, 10367–10385, https://doi.org/10.5194/acp-12-10367-2012, 2012.

Wetenschappelijk contact

  • Dr. Bruno Franco, Spectroscopie, chimie quantique et télédétection atmosphérique (SQUARES), Université libre de Bruxelles (ULB)
    Tel : +32 498 74 87 72 ; Email : bruno (dot) franco (at) ulb (dot) be

Perscontacten

  • (ULB) Mathieu Léonard, Service Communication, Université libre de Bruxelles
    Tel: +32 2 650 48 50; E-mail : mathieu (dot) leonard-salle (at) ulb (dot) be
  • (BIRA) Dr. Karolien Lefever, Diensthoofd “Communicatie en documentatie” van het BIRA
    E-mail: Karolien (dot) Lefever (at) aeronomie (dot) be
News image 1
News image legend 1
Zure regen is meer dan tien keer zuurder dan zuiver regenwater en veroorzaakt schade aan structuren en gebouwen, maar vooral aan de vegetatie (b.v. voedselgewassen). BIRA-wetenschappers hebben bijgedragen aan een studie van een internationaal team van onderzoekers van de ULB en het Duitse FZJ, dat eindelijk licht werpt op het vormingsmechanisme van mierenzuur.