Исследователи из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH) опубликовали [статью](https://www.nature.com/articles/s43247-025-02310-4) в журнале Communications Earth & Environment, в которой впервые продемонстрировано, что использование данных, собранных об атмосферных частицах в китайских мегаполисах, для характеристики качества воздуха в городских центрах США приводит к значительным неточностям.
Д-р Ли Тисзенкель, выпускник Центра наук о Земле UAH и д-р Шанху Ли, профессор кафедры атмосферных и земных наук UAH, входящего в систему Университета Алабамы, обнаружили, что ключ к пониманию критических различий между городами был найден в ходе кропотливых полевых исследований в Хьюстоне, штат Техас.
«Большая часть нашего понимания образования частиц основана на исследованиях, проведённых в китайских мегаполисах, поэтому прогнозы и модели качества воздуха в городских районах Соединённых Штатов будут неточными», — говорит Тисзенкель. «Исследования в китайских мегаполисах показали, что сверхтонкие частицы почти полностью можно отследить до деятельности человека, такой как движение транспорта, приготовление пищи, промышленность или отопление».
«В Соединённых Штатах существование зелёных насаждений в городских районах и вокруг них означает, что выбросы от деревьев и других новых загрязнителей воздуха, образующихся в результате деятельности человека в городах, образуют частицы по другому механизму, чем в городском Китае. Мы обнаружили, что причины городского загрязнения воздуха не могут быть обобщены и во многом зависят от конкретного сочетания антропогенных и природных выбросов», — добавляет он.
Фактически, согласно новому исследованию, образование новых частиц в воздухе в Хьюстоне может варьироваться даже в зависимости от сезона.
Работа сосредоточена на атмосферных сверхтонких частицах размером менее 100 нанометров, где 1 нанометр равен одной миллиардной метра. Частицы такого малого размера могут оказывать негативное воздействие на здоровье, поскольку они могут проникать в лёгкие даже легче, чем более крупные частицы.
«Знание о том, что частицы размером менее 100 нм проникают глубоко в лёгкие, известно уже несколько десятилетий», — отмечает Тисзенкель. «Аналогично, известно, что эти сверхтонкие частицы образуются в результате преобразования газа в частицы в условиях значительного загрязнения, начиная с 80-х или 90-х годов. Однако технологии обнаружения частиц и химического состава стали соответствовать этим знаниям только недавно».
Исследование стало возможным благодаря специальному прибору, недавно приобретённому Центром наук о Земле UAH. Устройство, известное под сложным названием «Фильтрующий вход для газов и аэрозолей, масс-спектрометр с временным разрешением и химической ионизацией высокого разрешения», базируется в UAH.
«Китайские мегаполисы, как правило, имеют много бетона, более высокую численность населения и более мягкие стандарты выбросов транспортных средств, — объясняет Тисзенкель. — Это приводит к тому, что химия атмосферы в значительной степени определяется антропогенными соединениями, веществами, которые возникают в результате деятельности человека, а не естественных процессов».
«В Хьюстоне мы обнаружили большее влияние окружающих сельскохозяйственных и сельских районов, где преобладают биогенные выбросы, такие как монотерпены, которые могут стать соединениями с чрезвычайно низкой летучестью после окисления», — говорится в исследовании.
Монотерпены — это [летучие органические соединения](https://phys.org/tags/volatile+organic+compounds/) (ЛОС), выделяемые растениями и другими источниками, такими как бытовые чистящие средства и дезодоранты, которые могут влиять на качество воздуха и здоровье человека. Они являются значительным компонентом биогенных ЛОС — органических газов, выбрасываемых в атмосферу живыми организмами, — и играют важную роль в химии атмосферы, влияя на образование озона и вторичных органических аэрозолей, что, в свою очередь, влияет на качество воздуха.
«Моя предыдущая работа в основном проводилась в лаборатории, где мы можем очень точно контролировать условия окружающей среды, которые мы хотим наблюдать», — говорит исследователь. «Результаты этих экспериментов чрезвычайно полезны для выводов о конкретных химических механизмах, но из-за ограничений нашей экспериментальной установки их сложно обобщить для реальной атмосферы. Возможность использования нашего оборудования в естественных условиях связывает научную теорию и экспериментальные наблюдения с реальным миром».
Способность обнаруживать свежеобразованные кластеры, например, частицы диаметром менее 3 нанометров, является относительно недавним нововведением: приборы, способные обнаруживать эти частицы, появились только в последние 10–15 лет, сообщает Тисзенкель.
«Кроме того, технология масс-спектрометрии, которая позволяет измерять химический состав аэрозолей и органических прекурсоров с разрешением, необходимым для всесторонних исследований образования новых частиц в городах, является более недавним нововведением», — говорит исследователь. «Особенно в городских районах со значительными антропогенными и биогенными выбросами эти исследования необходимы для понимания и улучшения качества городского воздуха».
Исследование выросло из докторской работы Тисзенкеля с Ли в качестве его научного руководителя.
«Я пришёл в UAH с опытом работы в области химии атмосферы и знал, что атмосферные аэрозоли представляют собой самые большие неизвестные в нашем понимании химического состава и климатических эффектов атмосферы Земли», — говорит Тисзенкель. «Было легко продолжить это в лаборатории доктора Ли в UAH, где у нас есть один из самых полных наборов инструментов для понимания образования и эволюции атмосферных частиц в стране».
«Мы — первая группа в США, насколько нам известно, которая одновременно измеряет концентрации аэрозолей с разрешением по размерам от новообразованных частиц до микронных размеров, газообразные прекурсоры и химический состав частиц в фазе частиц на месте», — говорит исследователь. «Это означает, что мы уникально подготовлены для того, чтобы делать окончательные выводы о причинах образования новых частиц в городах на молекулярном уровне, минимизируя неизвестные факторы».
Предоставлено [Университетом Алабамы в Хантсвилле](https://phys.org/partners/university-of-alabama-in-huntsville/)