梅氣核是什麼原因位於蘇黎世聯邦理工學院實驗室的實驗裝置[組圖]

梅氣核是什麼原因

位於蘇黎世聯邦理工學院實驗室的實驗裝置。資料來源：蘇黎世聯邦理工學院/露絲·希諾雷爾

蘇黎世聯邦理工學院的研究人員進行了一項實驗，以調查氣溶膠形成的最初步驟。他們的發現有助於更好地理解和模擬這一過程——例如，大氣中雲層的形成。

氣溶膠是氣體中細小的固體顆粒或液滴的懸浮物。例如，雲是氣溶膠，因為它們是由分散在空氣中的水滴組成的。液滴的產生有兩個步驟：首先，凝結核形成，然後揮發性分子凝結在這個核上，形成液滴。原子核通常由不同於凝聚在其上的分子組成。就雲團而言，原子核通常含有硫酸和有機物質。大氣中的水蒸氣隨後凝結在這些原子核上。

由化學與應用生物科學系教授Ruth Signorell領導的科學家們，現在已經對氣溶膠形成的第一步——成核——有了新的見解。“觀察表明，揮發性成分也可以影響成核過程，”Signorell說，“但不清楚的是，這是如何在分子水平上發生的。”以前，在實驗環境中是不可能觀察到成核過程中的揮發性成分的。即使在歐洲核子研究委員會（CERN）關於雲形成的著名實驗中，某些揮發性成分也無法直接檢測到。

首次檢測到揮發性成分

ETH的研究人員開發了一項針對成核過程的第一微秒的實驗。在實驗中，形成的粒子在這段時間內保持完整，可以用質譜法檢測。科學家們觀察了各種含二氧化碳的混合氣體的成核過程，並且第一次能夠檢測到揮發性成分——在這種情況下，就是二氧化碳。研究人員可以證明揮發性成分對原子核的形成是必不可少的，並且也加速了這一過程。

對實驗資料的分析表明，這種加速是揮發性組分催化其他低揮發性組分成核的結果。它們透過形成短命的、異質的分子聚集體，即所謂的伴侶複合體來實現這一點。“因為溫度決定了氣體成分的揮發性，它在這些過程中也起著決定性的作用，”Signorell解釋道。

新研究結果有趣的一個原因是，它們提高了對成核、其分子機制和速度的理解，以便在大氣中雲形成的模型中適當地解釋它。此外，研究結果應該有助於提高生產氣溶膠的技術流程的效率，例如使用快速冷卻技術從天然氣中捕獲二氧化碳。