Penelitian terobosan baru-baru ini yang dilakukan oleh tim internasional telah mengungkapkan bahwa zat antara Criegee memainkan peran penting dalam membentuk aerosol organik sekunder di troposfer. Hal ini menunjukkan bahwa proses ini lebih berdampak daripada yang diperkirakan sebelumnya dan menyoroti area yang memerlukan studi lebih lanjut.
Sekelompok peneliti internasional telah berhasil mendokumentasikan bukti jelas pertama dari hipotesis lama yang terlibat dalam pembentukan aerosol.
Delapan puluh lima persen atmosfer bumi terdapat di dalam troposfer, lapisan atmosfer terendah. Meskipun demikian, kesenjangan signifikan dalam pengetahuan kita mengenai proses kimia yang mengubah komposisi troposfer masih ada.
Salah satu kesenjangan pengetahuan yang sangat penting adalah pembentukan dan prevalensi aerosol organik sekunder (SOA), yang berdampak pada keseimbangan radiasi, kualitas udara, dan kesehatan manusia di planet ini. Namun kesenjangan tersebut semakin menipis berkat penemuan-penemuan inovatif yang dilakukan oleh tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE), Laboratorium Nasional Sandia, dan NASALaboratorium Propulsi Jet (JPL).
Para ilmuwan merinci temuan mereka dalam makalah baru yang diterbitkan di Geosains Alam.
Penelitian Baru tentang Criegee Intermediate
Tim fokus pada kelas senyawa yang dikenal sebagai zat antara Criegee (CI). Para peneliti menduga bahwa CI memainkan peran penting dalam pembentukan SOA ketika mereka digabungkan melalui proses yang disebut oligomerisasi. Namun belum ada yang pernah mengidentifikasi secara langsung ciri-ciri kimiawi dari proses ini di lapangan – hingga saat ini.
Dengan menggunakan metode tercanggih yang tersedia untuk mendeteksi molekul fase gas dan aerosol di atmosfer, tim melakukan pengukuran lapangan di hutan hujan Amazon, salah satu kawasan SOA paling penting di Bumi. Di sana, mereka menemukan bukti jelas yang konsisten dengan reaksi senyawa antara Criegee yang mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen (CH2OO).
“Penemuan ini sangat penting karena kami dapat membuat hubungan langsung antara apa yang sebenarnya kami lihat di lapangan, apa yang kami antisipasi terjadi dengan oligomerisasi CI, dan apa yang dapat kami karakterisasi di laboratorium dan ditentukan secara teoritis,” jelas Rebecca. L. Caravan, asisten ahli kimia di Argonne dan penulis pertama makalah ini.
Observasi lapangan ini hanya merupakan salah satu komponen ilmu pengetahuan inovatif yang dimungkinkan oleh kolaborasi antar laboratorium.
Metode Tingkat Lanjut dan Temuan Penting
“Selain pengukuran lapangan, kami dapat menggunakan metode eksperimental tercanggih di dunia untuk secara langsung mengkarakterisasi reaksi antara Criegee. Kami menggunakan kinetika teoretis tercanggih untuk memprediksi reaksi yang tidak dapat kami ukur secara langsung. Dan kami memanfaatkan pemodelan kimia global tercanggih untuk menilai dampak oligomerisasi di troposfer berdasarkan kinetika tersebut,” kata Craig A. Taatjes, ahli kimia pembakaran di Sandia.
Kombinasi komponen-komponen ini menghasilkan beberapa temuan yang sangat penting.
“Pertama, kami menemukan bahwa kimia CI mungkin memainkan peran yang lebih besar dalam mengubah komposisi troposfer daripada yang diperkirakan oleh model atmosfer saat ini – mungkin dengan urutan besarnya,” kata Carl Percival, peneliti di Jet Propulsion Laboratory NASA. “Kedua, pemodelan terbaru yang kami lakukan berdasarkan pekerjaan kami hanya menghasilkan sebagian kecil dari tanda-tanda oligomerisasi yang kami amati di lapangan.”
Hal ini dapat berarti bahwa kimia CI dapat mendorong lebih banyak transformasi di troposfer, atau mekanisme kimia lain yang belum teridentifikasi sedang bekerja.
“Masih banyak pekerjaan yang harus kita lakukan untuk sepenuhnya mendefinisikan peran reaksi CI di troposfer,” pungkas Caravan. “Tetapi temuan ini secara signifikan memperluas pemahaman kita tentang satu jalur yang berpotensi signifikan untuk pembentukan SOA di lapisan terpenting atmosfer bumi.”
Referensi: “Bukti pengamatan reaksi oligomerisasi antara Criegee yang relevan dengan pembentukan aerosol di troposfer” oleh RL Caravan, TJ Bannan, FAF Winiberg, MAH Khan, AC Rousso, AW Jasper, SD Worrall, A. Bacak, P. Artaxo, J. Brito, M. Priestley, JD Allan, H. Coe, Y. Ju, DL Osborn, N. Hansen, SJ Klippenstein, DE Shallcross, CA Taatjes dan CJ Percival, 5 Maret 2024, Geosains Alam.
DOI: 10.1038/s41561-023-01361-6
Pendanaan untuk pekerjaan yang dilakukan di Argonne dan Sandia disediakan oleh program Ilmu Energi Dasar Kantor Sains DOE dan Administrasi Keamanan Nuklir Nasional. NASA mendanai penelitian yang dilakukan di Jet Propulsion Laboratory.