New chemical pathway found to worsen air quality in harsh winters

सर्दियों में, लद्दाख के द्रास में तापमान -20ºC तक गिर जाता है, जिससे यह हो जाता है भारत का सबसे ठंडा स्थान. दुनिया के दूसरी ओर, अलास्का की राजधानी फेयरबैंक्स का अमेरिका में भी ऐसा ही रिकॉर्ड है, सर्दियों में इसका तापमान -22.4º C के आसपास रहता है। लेकिन दोनों शहरों की वायु गुणवत्ता में काफी अंतर है। द्रास के विपरीत, जहां की हवा उल्लेखनीय रूप से स्वस्थ है, फेयरबैंक्स अमेरिका के सबसे खराब प्रदर्शन करने वाले शहरों में से एक है। एक अनुमान देश के सर्वाधिक वायु प्रदूषित शहरों की सूची में इसे दसवां स्थान दिया गया। एक और रैंक यह कण प्रदूषण के लिए सबसे पहले है।

कण प्रदूषण, जिसे ‘पार्टिकुलेट मैटर’ (पीएम) भी कहा जाता है, हवा में निलंबित ठोस कणों और तरल बूंदों का मिश्रण है। पीएम को दो व्यापक श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: पीएम_10-2.5 और पी.एम_2.5. बजे_10-2.5 उन कणों को संदर्भित करता है जिनका व्यास 2.5 और 10 माइक्रोमीटर (µm, एक मीटर के दस लाखवें हिस्से के बराबर) और पीएम के बीच होता है_2.5 उन कणों को संदर्भित करता है जिनका व्यास 2.5 µm से कम है।

बजे_2.5 कणों को अतिसूक्ष्म कण भी कहा जाता है। उन्हें विशेष रूप से खतरनाक माना जाता है: वे नाक और गले के माध्यम से फेफड़ों में प्रवेश करते हैं; एक बार प्रवेश करने के बाद, वे फेफड़ों की कार्यक्षमता को कम कर देते हैं, अस्थमा को बढ़ा देते हैं, और – फेफड़ों या हृदय रोग वाले लोगों के लिए – समय से पहले मौत का मार्ग प्रशस्त करते हैं।

प्रदूषण और तापमान

2009 में, अलास्का में वायु गुणवत्ता विभाग के अधिकारियों ने फेयरबैंक्स को “पीएम” घोषित किया_2.5 गैर-प्राप्ति क्षेत्र”: यानी, पीएम की राशि_2.5 शहर में हवा की मात्रा 35 माइक्रोग्राम प्रति घन मीटर की सीमा को पार कर गई। इन प्रदूषकों के मुख्य स्रोतों की पहचान लकड़ी के स्टोव, आसुत ईंधन तेल के जलने, औद्योगिक स्रोतों और ऑटोमोबाइल से होने वाले उत्सर्जन के रूप में की गई है, ये सभी बड़ी मात्रा में सल्फर डाइऑक्साइड का उत्सर्जन भी करते हैं।

पीएम को लाने के लिए_2.5 अनुमेय सीमा से नीचे के स्तर पर, डिवीजन ने 2022 के निर्देश में फेयरबैंक्स में 1,000 पार्ट्स प्रति मिलियन से अधिक सल्फर सांद्रता वाले ईंधन के उपयोग पर प्रतिबंध लगा दिया। अब, अमेरिका में अलास्का फेयरबैंक्स विश्वविद्यालय और जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में एक अध्ययन में पाया गया है कि प्रतिबंध पूरी तरह से प्रभावी नहीं हो सकता है क्योंकि पीएम की रसायन शास्त्र_2.5 ठंड के मौसम में कणों में परिवर्तन होता है।

जर्नल में प्रकाशित उनके अध्ययन में विज्ञान उन्नति4 सितंबर कोशोधकर्ताओं ने पाया कि हवा में कम सल्फेट सांद्रता और कम तापमान (लगभग -35℃) ने मिलकर पीएम कणों को कम अम्लीय बना दिया। इसके परिणामस्वरूप हाइड्रॉक्सीमिथेनसल्फोनेट का उत्पादन बढ़ गया – जो पीएम का एक अन्य घटक है_2.5 – हवा में.

जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के स्कूल ऑफ अर्थ एंड एटमॉस्फेरिक साइंसेज के प्रोफेसर और अध्ययन के संबंधित लेखकों में से एक रॉडनी जे. वेबर ने इस रिपोर्टर को बताया कि अध्ययन के निष्कर्षों का “प्रदूषण को कम करने के लिए उत्सर्जन नियंत्रण की प्रभावशीलता” पर प्रभाव पड़ता है। स्तर”

एरोसोल रसायन

2022 के एक अध्ययन में, वर्तमान अध्ययन के प्रमुख लेखक और अलास्का फेयरबैंक्स विश्वविद्यालय के डॉक्टरेट विद्वान जेम्स कैंपबेल ने दिखाया कि फेयरबैंक्स में सर्दियों के दौरान बड़ी मात्रा में हाइड्रॉक्सीमेथेनसल्फोनेट का निर्माण होता है, जब फॉर्मेल्डिहाइड और सल्फर डाइऑक्साइड तरल पानी की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करते हैं। .

कैंपबेल की खोज आश्चर्यजनक थी क्योंकि पारंपरिक रूप से माना जाता है कि हाइड्रॉक्सीमेथेनसल्फोनेट का निर्माण बादलों और कोहरे में होता है, एरोसोल में नहीं, क्योंकि एरोसोल में अधिक तरल पानी होता है।

हाइड्रोक्सीमिथेनसल्फोनेट के निर्माण के लिए अधिक अम्लीय परिस्थितियों की भी आवश्यकता होती है जबकि सल्फाइट आयन (SO₃^2-) इसके निर्माण के लिए आवश्यक पर्याप्त मात्रा में तभी मौजूद होते हैं जब हवा कम अम्लीय होती है। लेखकों ने अपने पेपर में लिखा है कि बादलों और कोहरे में पानी की बूंदों का उच्च घनत्व अधिक पानी में घुलनशील गैसों को अवशोषित करता है, जिससे वे अधिकांश एरोसोल की तुलना में कम अम्लीय हो जाते हैं।

तो फिर, सर्दियों के दौरान फेयरबैंक्स में बड़ी मात्रा में हाइड्रॉक्सीमेथेनसल्फोनेट कणों के निर्माण की क्या व्याख्या है?

जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अलास्का स्तरित प्रदूषण और रासायनिक विश्लेषण से पहले प्राप्त मापों को संयुक्त किया (अल्पाका) थर्मोडायनामिक मॉडलिंग के साथ प्रोजेक्ट। बाद के लिए, उन्होंने किसी दिए गए वायु द्रव्यमान में एयरोसोल कणों में विभिन्न आयनों और गैसों की मात्रा की गणना करने के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग किया।

हाइड्रॉक्सीमिथेनसल्फोनेट कहाँ है?

बहुत कम तापमान पर, पानी आमतौर पर बर्फ में बदल जाता है। लेकिन कभी-कभी, सुपरकूलिंग नामक प्रक्रिया में, किसी तरल पदार्थ का तापमान ठोस बने बिना उसके हिमांक से काफी नीचे गिर सकता है।

शोधकर्ताओं ने अपने पेपर में लिखा है कि फेयरबैंक्स सर्दियों के दौरान एयरोसोल कण सुपरकूल अवस्था में मौजूद होते हैं। परिणामस्वरूप उनमें तरल पानी होता है, जो इन कणों के भीतर हाइड्रॉक्सीमेथेनसल्फोनेट बनाने की अनुमति देता है। शोधकर्ताओं ने यह भी बताया कि फेयरबैंक्स में एयरोसोल कणों की अम्लता सर्दियों के दौरान तेजी से निम्न से उच्च की ओर बदलती है, जिससे हाइड्रॉक्सीमेथेनसल्फोनेट के निर्माण के लिए परिस्थितियां अधिक अनुकूल हो जाती हैं।

पीएम की अम्लता में तेजी से बदलाव_2.5 कई स्थानों पर यह मुख्य रूप से दो आयनों की सापेक्ष सांद्रता का काम है: सल्फेट (SO₂^4-) और अमोनियम (एनएच₄⁺). सल्फेट आयन एरोसोल कणों की अम्लता को बढ़ाते हैं जबकि बाद वाला, एक आधार, अम्लता को निष्क्रिय करता है। प्रत्येक सल्फेट आयन द्वारा योगदान की गई अम्लता को बेअसर करने के लिए दो अमोनियम आयनों की आवश्यकता होती है।

यदि किसी एरोसोल कण में सल्फेट और अमोनियम आयन समान संख्या में हों, तो यह अधिक अम्लीय होगा। लेकिन 2022 में फेयरबैंक्स में उच्च-सल्फर ईंधन पर प्रतिबंध के बाद से पीएम में अमोनियम आयनों की सांद्रता_2.5 सल्फेट आयनों के सापेक्ष कणों में वृद्धि हुई। इससे अम्लता कम हो गई।

इसके अलावा, एरोसोल में अमोनियम अपने गैसीय रूप में, अमोनिया में और एरोसोल में तरल पानी में घुले हुए आयनिक रूप में मौजूद हो सकता है। सामान्य परिस्थितियों में, दोनों रूप संतुलन में मौजूद होते हैं, जहां अमोनियम से अमोनिया और अमोनिया से अमोनियम में रूपांतरण की दर बराबर होती है।

लेकिन चूंकि फेयरबैंक्स की सर्दियों में तापमान बहुत कम होता है, इसलिए कम अमोनियम आयन गैसीय अवस्था में पहुंच पाते हैं। और जैसे ही एरोसोल कण के भीतर अमोनियम आयनों की सांद्रता बढ़ती है, इसकी अम्लता और कम हो जाती है, जिससे यह हाइड्रॉक्सीमेथेनसल्फोनेट उत्पादन के लिए उपजाऊ स्थल बन जाता है।

ग्लोबल साउथ के लिए प्रासंगिकता

जॉर्जिया टेक वायुमंडलीय वैज्ञानिक प्रोफेसर वेबर के अनुसार, अध्ययन के परिणाम “मोटे तौर पर ठंडे क्षेत्रों पर लागू होते हैं, लेकिन एयरोसोल थर्मोडायनामिक्स में नई अंतर्दृष्टि भी प्रदान करते हैं।”

आईआईटी दिल्ली में सेंटर फॉर एटमॉस्फेरिक साइंसेज के सहायक प्रोफेसर शहजाद गनी ने इस रिपोर्टर को बताया कि अध्ययन हमारी समझ में एक “प्रमुख बदलाव” को दर्शाता है कि कैसे “अत्यधिक ठंडी, अंधेरी परिस्थितियों में भी बारीक कणों में द्वितीयक एरोसोल का निर्माण हो सकता है।” द्वितीयक एरोसोल हाइड्रॉक्सीमिथेनसल्फोनेट जैसे अणुओं को संदर्भित करता है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं में मूल अणुओं से बनते हैं।

उन्होंने कहा, “इन निष्कर्षों का यह समझने में महत्वपूर्ण प्रभाव है कि अत्यधिक ठंडे शहरी और औद्योगिक क्षेत्रों में वायु गुणवत्ता-प्रासंगिक एरोसोल कैसे बनते हैं।”

साथ ही, उन्होंने स्पष्ट किया कि “एंडीज या हिमालय जैसे कुछ ऊंचाई वाले क्षेत्रों को छोड़कर, ग्लोबल साउथ के कई क्षेत्रों में अध्ययन की प्रासंगिकता सीमित है।” उन्होंने कहा कि वह अन्य ठंडे क्षेत्रों में भविष्य के शोध की आशा कर रहे हैं जो अध्ययन के निष्कर्षों को मान्य करने और वैश्विक दक्षिण में इसके निहितार्थ का विस्तार करने में मदद कर सकता है।

इस बीच, उन्होंने कहा, अध्ययन वैज्ञानिकों को यह सामना करने के लिए मजबूर करता है कि तापमान परिवर्तन हवा की गुणवत्ता और जलवायु से संबंधित रासायनिक मार्गों को कैसे प्रभावित कर सकता है, खासकर उस दुनिया में जो ग्लोबल वार्मिंग द्वारा तेजी से नया आकार ले रही है।

सायंतन दत्ता एक विज्ञान पत्रकार और क्रिया विश्वविद्यालय में संकाय सदस्य हैं।