Китай, как и многие другие страны с развитым промышленным сектором, сталкивается с проблемой высокого уровня загрязнения воздуха. Основными факторами ухудшения состояния атмосферы являются выбросы заводов и фабрик, которые в результате химических реакций образуют озон, вторичные органические аэрозоли (SOA) и пероксиацетилнитрат (PAN). Отдельно стоит выделить азотистую кислоту (HONO), которая быстро фотолизуется под воздействием солнечного света, образуя гидроксильные (OH) радикалы. Они активизируют реакции окисления, приводящие к образованию дымки и вторичному загрязнению.

Если говорить об окислении атмосферы под воздействием азотистой кислоты, то традиционные представления сосредоточены на процессах на уровне земли, таких как выбросы от автомобилей и гетерогенные реакции диоксида азота (NO₂) на поверхностях. Однако дополнительные реакции с участием аэрозолей и фотохимии могут играть гораздо большую роль, чем предполагалось ранее. В новом исследовании, которое проводилось под руководством профессора Junling An из Института атмосферной физики Китайской академии наук и профессора Weigang Wang из Школы химических наук Университета Китайской академии наук, использовалась атмосферная модель «WRF-Chem» в сочетании с полевыми наблюдениями в шести регионах страны с 2015 по 2018 год.

Ученые оценивали влияние различных источников азотистой кислоты на образование вторичных загрязняющих веществ. Исследование включало шесть основных путей синтеза HONO, в частности от автотранспорта, из почвы, в результате обмена между внутренними и внешними средами, фотолиза нитратов и гетерогенных реакций NO₂. Соответствующая статья была опубликована онлайн 22 февраля 2025 года, а также в журнале Journal of Environmental Sciences от 1 декабря 2025 года.

В отличие от более ранних исследований, которые в основном были посвящены влиянию различных источников на общую концентрацию азотистой кислоты, в данной работе ученые пытались ответить на другой вопрос: насколько каждый ее источник фактически усиливает вторичное загрязнение. Исследователи ввели понятие «коэффициент усиления» для количественной оценки способности каждого источника HONO усиливать образование вторичных загрязняющих веществ. Моделирование выявило существенное несоответствие между источниками азотистой кислоты и их фактическим воздействием на атмосферу. Например, было обнаружено, что в Пекине гетерогенные реакции на поверхности земли составляли до 50-70%. Однако эти источники не оказывали существенного влияния на образование вторичных загрязняющих веществ, чего не скажешь о процессах, связанных с аэрозолями, таких как фотолиз нитратов в твердых частицах.

Хотя фотолиз нитратов в твердых частицах вносил лишь небольшую долю в приземные уровни HONO (в пределах 12%), его коэффициент усиления для SOA и PAN достигал приблизительно 7, что значительно превышало показатели других источников. Это означает, что фотолиз нитратов, несмотря на его скромный вклад в изменение концентрации азотистой кислоты, играет непропорционально большую роль в процессе окисления атмосферы и образовании смога.

«Наши результаты показывают, что одних только измерений азотистой кислоты на поверхности недостаточно для отражения реального воздействия различных источников на атмосферу», – отметил профессор Junling An. – «Связанные с аэрозолями процессы, особенно фотолиз нитратов, оказывают гораздо большее влияние на формирование вторичного загрязнения, чем считалось ранее». Исследование также выявило значительные вертикальные различия в химии HONO. В то время как выбросы от транспорта и наземные выбросы быстро уменьшались с высотой, источники, связанные с аэрозолями, оставались активными в нижней и средней тропосфере. Это позволяет поддерживать реакции образования радикалов OH в значительном вертикальном диапазоне, усиливая локальное окисление атмосферы.

Результаты показали, что включение всех шести источников HONO значительно улучшило моделирование загрязнения. Зимой смоделированные концентрации пероксиацетилнитрата увеличились на 200-400%, что значительно приблизило прогнозы к реальным значениям. Концентрации вторичных органических аэрозолей также более чем удвоились на нескольких наблюдательных пунктах, когда были учтены все источники азотистой кислоты. Профессор Weigang Wang подчеркнул необходимость переосмысления подхода к оценке стратегий контроля выбросов: «Сокращение только поверхностных выбросов может оказаться неэффективным в ограничении вторичного загрязнения, если не будут учтены фотохимические процессы, обусловленные аэрозолями».

Еще один важный вывод сводится к тому, что пространственное распределение источников азотистой кислоты сильно влияет на их региональное воздействие. Выбросы от транспорта и внутри помещений оказывали ограниченное влияние на показатели загрязненности в региональном масштабе, в то время как источники, связанные с аэрозолями, были более широко распространены и химически активны. «Исследование демонстрирует, что химия азотистой кислоты является более сложной, чем предполагалось. Важно рассматривать не просто количество этого соединения, а локализацию его синтеза, вертикальное распространение и влияние на химию свободных радикалов», – подчеркнул профессор Junling An. Эти данные представляют собой важный шаг в понимании механизмов образования дымки и оптимизации моделей изменения качества воздуха для будущих стратегий уменьшения загрязнения.

По материалам eurekalert.org