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在空气的化学中归零

Jesse Kroll检查污染物如何在全球范围内化学改变。

David L. Chandler. · 2017年2月1日 · 麻省理工学院新闻

我们每隔几秒钟进出一下,又围绕着美国的空气具有化学活性和其组合物的变化,这是非常复杂的。挑剔气氛的成分的神秘行为,包括可能以微小的数量存在但具有很大影响的污染物,这是Jesse Kroll研究的驾驶目标。

去年赢得了任期的公民和环境工程和化学工程副教授Kroll已经特别侧重于研究有机化合物在空气中的作用。这些含碳化合物包括来自植物的自然排放以及燃烧产品 - 从内燃机中燃烧的燃料燃烧的气体排放,从森林火灾和其他开放的火焰产生的烟灰和其他颗粒物质的组分。这种颗粒小于直径的微米,但可以具有超出的环境影响。

“如果你吸入他们,他们会导致不利的健康影响,他们也可以影响地球的气候,通过影响通过的阳光量,”Kroll说。

然而,大部分有机颗粒物质不会直接发射到大气中,而是在气体有机物质的氧化反应中形成在大气中。了解这种化学转化及其对大气组成的影响是一种艰巨的任务。

“这不仅仅是有很多不同的化合物,”Kroll解释道。“一旦在大气中,他们氧化,并且每个都可以形成10或100种化学产品,这反过来可以形成许多其他化合物。这是一个深刻的复杂系统,所以从化学家的角度来看,这是一个非常令人着迷的领域。“

分析这些过程需要在现场进行详细的采样和测试,以及揭示这些化学品进入大气的变化序列的复杂实验室实验。

Kroll最初来自德克萨斯州奥斯汀,他的父亲是德克萨斯大学考古学和经典教授。他在高中时开始对化学发展兴趣。“我想出了化学真的是抓住我的东西,因为它可能与现实世界中非常有切的东西有关,”他回忆道。

他搬到了大学的波士顿地区,他在哈佛大学完成了本科学习,主要是化学和地球和行星科学。在一本新生环境化学课上,他说:“我必须学习环境化学,我知道这是我想去的事情。它很复杂但又易行。“他继续在那里赚取他的博士学位,然后在CALTECH上迈进了一个邮政编码,在那里他花了三年。

接下来,他搬进了行业,在马萨诸塞州的Billerica的Aerodyne Research作出了工作,他在那里开发了用于测量大气化学的仪器 - 其中一些他仍然在他的研究中使用。然后,在2009年,他加入了麻省理工学院的教师。

他说,在大气中有机气溶胶,“有很多不同的反应等许多不同的分子,我们无法衡量它们。”此外,化学品的混合从一个区域变化到另一个区域。因此,对于大气化学家的一部分挑战是决定如何缩小问题,并将其集中于与健康和环境影响最相关的化合物。

“我们试图在具有准确描述的化学描述之间进行平衡,但以一种简单的形式对于建模者和最终政策制定者来说是有用的,”他说。

Kroll的大部分工作都在实验室中,其中单个化学化合物可以引入反应器中,从小流管改变到密封腔室的小型房间的尺寸,并在受控条件下氧化。然后他和他的团队然后从那些反应堆实时取样样品,以精确测量在内心的不断变化的化学。

但这不是所有当地的实验室工作。Kroll and his students also participate in large, multi-institution field studies, including ground-based atmospheric measurements in California, Alabama, and Colorado, and large-scale lab projects such as a recent one carried out the U.S. Department of Agriculture’s Missoula Fire Lab in Montana. There, inside a large controlled environment, researchers burnt various types of biomass to simulate wildfires, and then measured what came off. “We brought those emissions into a reactor we built, to simulate the aging of biomass burning plumes,” Kroll says.

他的一个课程(旅行研究环境经历或TREX)也专注于实地工作。每1月在麻省理工学院的独立活动期间,他共同领导了一群本科生,在夏威夷开展空气质量研究,监测从基尔拓火山发出的含硫气体的排放和演变。

所有这些努力的一部分旨在改善用于预测地球变化的气候进展和影响它的因素的详细大气模型。“There are large and persistent gaps between what models predict and what people measure,” in terms of the details of chemical interactions in the air, and even the amounts and compositions of these organic particles, he says, so it’s important to keep plugging away at understanding and reducing those discrepancies.

“最终目标,”他说,“是理解政策可以帮助的政策,以及决策者可以使颗粒污染的负面健康和气候影响最小化。”


气候与环境
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