Efeito da radiação ultravioleta na formação de núcleos de condensação de nuvens em misturas de água e dimetil sulfeto

Abstract

Diversos pesquisadores estudaram nas últimas décadas o papel de aerossóis atmosféricos no processo de formação de gotículas de chuva, sendo assim chamados de núcleos de condensação de nuvens (NCN). Sabe-se que compostos de enxofre presentes na atmosfera tem forte atuação como NCN, sendo que a principal origem destes compostos é biogênica. Em regiões costeiras, a atividade de algas gera dimetil sulfeto (DMS, CH3-S-CH3) como subproduto de seu metabolismo sendo esta a maior fonte de compostos de enxofre atmosférico em regiões oceânicas. Os produtos de oxidação do DMS (em especial o ácido sulfúrico) são eficientes núcleos de condensação de nuvens como demonstrado no projeto CLOUD ? Cosmic Leaving OUtdoors Droplets ? associado ao CERN (KIRKBY et al., 2011).Análises químicas em algumas amostras de águas de chuva do litoral catarinense mostram alta concentração de compostos de enxofre. Para entender a formação de NCN, amostras de água de chuva com a presença de compostos de enxofre e amostras com diferentes concentrações de água e DMS, foram introduzidas em uma câmara de ultra-alto-vácuo e condensadas em um substrato metálico mantido à temperatura de 25 K. Utilizou-se a espectrometria de massas por tempo de voo (PDMS - Plasma Desorption Mass Spectrometry) como a principal técnica analítica no estudo da dessorção iônica das amostras. Algumas amostras foram modificadas in-situ por uma lâmpada de hidrogênio que irradia através de uma janela de MgF2, tendo como principal emissão a linha Lyman-alpha (121,6nm, 10,2eV). Nas misturas de DMS e água, irradiadas com UV, verificou-se a formação de moléculas que são produto de oxidações do DMS e que são encontradas na atmosfera, como o dimetil sulfóxido (DMSO, 79u), ácido metil sulfônico (MSA, 96u) e o ácido sulfúrico ( , 98u). Estes compostos de enxofre são relatados na literatura como importantes NCN em regiões oceânicas (ANDREAE; ELBERT; DE MORA, 1995; AYERS; GILLETT, 2000). A dose de fótons UV Lyman-alpha mais eficiente para a produção destas moléculas é aproximadamente 1x1017 fótons cm-2.<br>

Abstract : Several researchers in the lasts decades studied the role of atmospheric aerosols in formation of rain droplets, being called cloud condensation nuclei (CCN) particles. It is well known that sulfur compounds in the atmosphere can act like CCN. In coastal regions the main source of these compounds are biogenic, being produced as a metabolic byproduct of algae phytoplankton and the dimethyl sulfide (DMS, CH3-S-CH3) being the more abundant of these products. Sulfur acid and the other DMS oxidation products are efficient CCN as presented in CLOUD (Cosmic Leaving Outdoors Droplets) experiment at CERN (KIRKBY et al., 2011).Chemical analysis of rain water samples coming from Santa Catarina State coast shows high concentration of sulfur compounds. In order to understand the formation of CCN under these conditions, samples of rain water with sulfur compounds and samples with different concentrations of DMS dissolved in ultrapure water were condensed from gas phase over metallic substrates at temperature of 25 K in an Ultra-High-Vacuum chamber. PDMS time-of-flight mass spectrometry technique was used as the main analytical tool. Some samples were altered in situ using a non-monochromatic hydrogen lamp irradiating mainly the Lyman-alpha line (121.6nm, 10.2eV) through MgF2 crystal. It was found the presence of oxidation products in the irradiated samples of mixtures of ultrapure water and DMS in two different concentrations. Some of these products like dimethyl sulfoxide (DMSO, 79u), methane sulfonic acid (MSA, 96u) and sulfuric acid (H2SO4, 98u) are commonly found in the atmosphere. It is also reported in the literature that these sulfur compounds are present in CCN formation in oceanic regions (ANDREAE; ELBERT; DE MORA, 1995; AYERS et al., 1995). The most efficient UV Lyman-alpha dose to produce these oxidation products from DMS and water samples is about 1x1017 photons cm-2.