Vol. 36, issue 08, article # 5

Abstract:

The results of experiments in the Large Aerosol Chamber of RPA Typhoon revealed the appearance of new aerosol particles larger than 15 nm in an aerosol-free volume of atmospheric air isolated from the external environment in darkness 20 min after the air purification. The generation of new particles is associated with the possible presence of gases – precursors in the atmospheric air. The gases-precursors turn into aerosols under the action of cosmic rays penetrating into the chamber. The experimentally derived particle size spectrum evolution (over several days) shows that the generation of new aerosol particles lasts no more than 20 hours. During the evolution, the particles become larger and reach more than 100 nm size. After repeated purification of the air inside the chamber with the removal of newly generated aerosols, no new particles were detected for 10 days.

Figures:

References:

1. Aitken J. III. – On some Nuclei of Cloudy Condensation // Earth Environ. Sci. Trans. of The Royal Society of Edinburgh. 1900. V. 39, N 1. P. 15–25. DOI: 10.1017/S0080456800034025.
2. Baron P.A., Willeke K. Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications. New York: John Wiley & Sons, 2001. 1172 p.
3. Rozenberg G.V. Vozniknovenie i razvitie atmosfernogo aerozolya – kineticheski obuslovlennye parametry // Izv. AN SSSR. Fiz. atmosf. i okeana. 1983. V. 19, N 1. P. 21–35.
4. Whitby K.T. The physical characteristic of sulfur aerosols // Atmosphere. 1978. N 12. P. 135–159.
5. Lushnikov A.A., Zagainov V.A., Lyubovtseva A.A. Mekhanizmy obrazovaniya nanoaerozolei v troposfere // KHim. fizika. 2015. V. 34, N 10. P. 51–62.
6. Kulmala M., Vehkamaki H., Petäjä T., Dal Maso M., Lauri A., Kerminen V.M., Birmili W., McMurry P. Formation and growth rates of ultrafine atmospheric particles: A review of observations // J. Aerosol Sci. 2004. V. 35. P. 143–176.
7. Kulmala K.M., Kerminen V.-M. On the formation and growth of atmospheric nanoparticles // Atmos. Res. 2008. V. 90, N 2. P. 132–150.
8. Kirkby J., Duplissy J., Sengupta K., Frege C., Gordon H., Williamson C., Heinritzi M., Simon M., Yan C., Almeida J., Troestl J., Nieminen T., Ortega I.K., Wagner R., Adamov A., Amorim A., Bernhammer A.-K., Bianchi F., Breitenlechner M., Brilke S., Chen X., Craven J., Dias A., Ehrhart S., Flagan R.C., Franchin A., Fuchs C., Guida R., Hakala J., Hoyle C.R., Jokinen T., Junninen H., Kangasluoma J., Kim J., Krapf M., Kuerten A., Laaksonen A., Lehtipalo K., Makhmutov V., Mathot S., Molteni U., Onnela A., Peräkylä O., Piel F., Petäjä T., Praplan A.P., Pringle K., Rap A., Richards N.A.D., Riipinen I., Rissanen M.P., Rondo L., Sarnela N., Schobesberger S., Scott C.E., Seinfeld J.H., Sipilä M., Steiner G., Stozhkov Y., Stratmann F., Tome A., Virtanen A., Vogel A.L., Wagner A.C., Wagner P.E., Weingartner E., Wimmer D., Winkler P.M., Ye P., Zhang X., Hansel A., Dommen J., Donahue N.M., Worsnop D.R., Baltensperger U., Kulmala M., Carslaw K.S., Curtius J. Ion-induced nucleation of pure biogenic particles // Nature. 2016. V. 533, N 7604. P. 521–526. DOI: 10.1038/nature17953.
9. Dunne E.M., Gordon H., Kuerten A., Almeida J., Duplissy J., Williamson C., Ortega I.K., Pringle K.J., Adamov A., Baltensperger U., Barmet P., Benduhn F., Bianchi F., Breitenlechner M., Clarke A., Curtius J., Dommen J., Donahue N.M., Ehrhart S., Flagan R.C., Franchin A., Guida R., Hakala J., Hansel A., Heinritzi M., Jokinen T., Kangasluoma J., Kirkby J., Kulmala M., Kupc A., Lawler M.J., Lehtipalo K., Makhmutov V., Mann G., Mathot S., Merikanto J., Miettinen P., Nenes A., Onnela A., Rap A., Reddington C.L.S., Riccobono F., Richards N.A.D., Rissanen M.P., Rondo L., Sarnela N., Schobesberger S., Sengupta K., Simon M., Sipila M., Smith J.N., Stozkhov Y., Tome A., Trostl J., Wagner P.E., Wimmer D., Winkler P.M., Worsnop D.R., Carslaw K.S. Global atmospheric particle formation from CERN CLOUD measurements // Science. 2016. V. 354, N 6316. P. 1119–1124. DOI: 10.1126/science.aaf2649.
10. Kirkby J., Curtius J., Almeida J., Dunne E., Duplissy J., Ehrhart S., Franchin A., Gagne S., Ickes L., Kuerten A., Kupc A., Metzger A., Riccobono F., Rondo L., Schobesberger S., Tsagkogeorgas G., Wimmer D., Amorim A., Bianchi F., Breitenlechner M., David A., Dommen J., Downard A., Ehn M., Flagan R.C., Haider S., Hansel A., Hauser D., Jud W., Junninen H., Kreissl F., Kvashin A., Laaksonen A., Lehtipalo K., Lima J., Lovejoy E.R., Makhmutov V., Mathot S., Mikkilä J., Minginette P., Mogo S., Nieminen T., Onnela A., Pereira P., Petäjä T., Schnitzhofer R., Seinfeld J.H., Sipilä M., Stozhkov Y., Stratmann F., Tome A., Vanhanen J., Viisanen Y., Vrtala A., Wagner P.E., Walther H., Weingartner E., Wex H., Winkler P.M., Carslaw K.S., Worsnop D.R., Baltensperger U., Kulmala M. Role of sulphuric acid, ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation // Nature. 2011. V. 476, N 7361. P. 429–433. DOI: 10.1038/nature10343.
11. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics: From air Pollution to Climate Change. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2006. 1225 p.
12. Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A., Crowley J.N., Hampson R.F., Hynes R.G., Jenkin M.E., Rossi M.J., Troe J., and IUPAC Subcommittee. Evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry: Volume II – Gas phase reactions of organic species // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6, N 11. P. 3625–4055. DOI: 10.5194/acp-6-3625-2006.
13. Isidorov V.A. Organicheskaya khimiya atmosfery. SPb.: Khimizdat, 2001. 352 p.
14. Peräkylä O., Vogt M., Tikkanen O.-P., Laurila T., Kajos M.K., Rantala P.A., Patokoski J., Aalto J., Yli-Juuti T., Ehn M., Sipila M., Paasonen P., Rissanen M., Nieminen T., Taipale R., Keronen P., Lappalainen H.K., Ruuskanen T.M., Rinne J., Kerminen V.-M., Kulmala M., Back J., Petäjä T. Monoterpenes' oxidation capacity and rate over a boreal forest: Temporal variation and connection to growth of newly formed particles // Boreal Environ. Res. 2014. V. 19, suppl. B. P. 293–310.
15. Mogensen D., Gierens R., Crowley J.N., Keronen P., Smolander S., Sogachev A., Nölscher A.C., Zhou L., Kulmala M., Tang M.J., Williams J., Boy M. Simulations of atmospheric OH, O₃, and NO₃ reactivities within and above the boreal forest // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 7. P. 3909–3932. DOI: 10.5194/acp-15-3909-2015.
16. Wagner R., Yan C., Lehtipalo K., Duplissy J., Nieminen T., Kangasluoma J., Ahonen L.R., Dada L., Kontkanen J., Manninen H.E., Dias A., Amorim A., Bauer P.S., Bergen A., Bernhammer A.-K., Bianchi F., Brilke S., Mazon S.B., Chen X., Draper D.C., Fischer L., Frege C., Fuchs C., Garmash O., Gordon H., Hakala J., Heikkinen L., Heinritzi M., Hofbauer V., Hoyle C.R., Kirkby J., Kürten A., Kvashnin A.N., Laurila T., Lawler M.J., Mai H., Makhmutov V., Mauldin III R.L., Molteni U., Nichman L., Nie W., Ojdanic A., Onnela A., Piel F., Quéléver L.L.J., Rissanen M.P., Sarnela N., Schallhart S., Sengupta K., Simon M., Stolzenburg D., Stozhkov Y., Tröstl J., Viisanen Y., Vogel A.L., Wagner A.C., Xiao M., Ye P., Baltensperger U., Curtius J., Donahue N.M., Flagan R.C., Gallagher M., Hansel A., Smith J.N., Tomé A., Winkler P.M., Worsnop D., Ehn M., Sipilä M., Kerminen V.-M., Petäjä T., Kulmala M. The role of ions in new particle formation in the CLOUD chamber // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 24. P. 15181–15197. DOI: 10.5194/acp-17-15181-2017.
17. Romanov N.P., Zhukov G.P. Termodinamicheskie sootnosheniya dlya kamery tumanov // Meteorol. i gidrol. 2000. N 10. P. 37–52.
18. Romanov N., Erankov V. Calculated and experimental regularities of cloud microstructure formation and evolution // Atmos. Clim. Sci. 2013. V. 3. P. 301–312.
19. Ivanov V.N., Paley A.A., Pisanko Yu.V., Romanov N.P. Aerosol formation in the filtered atmospheric air and regularities of their evolution // IOP Conf. Series: Earth and Environ. Sci. 2021. V. 840. P. 1–5. DOI: 10.1088/1755-1315/840/1/012010.
20. Jokinen T., Sipilä M., Kontkanen J., Vakkari V., Tisler P., Duplissy E.-M., Junninen H., Kangasluoma J., Manninen H.E., Petäjä T., Kulmala M., Worsnop D.R., Kirkby J., Virkkula A., Kerminen V.-M. Ion-induced sulfuric acid-ammonia nucleation drives particle formation in coastal Antarctica // Sci. Adv. 2018. V. 4, N 11. DOI: 10.1126/sciadv.aat9744.