Ảnh hưởng của phản ứng dị thể đến hóa học tầng đối lưu: mô phỏng toàn cầu bằng mô hình hóa học - khí quyển CHASER V4.0 (Hà Thị Minh Phúc và cộng sự, 2021)
Nghiên cứu mới của giảng viên Khoa Đja lý 2021
Ảnh hưởng của phản ứng dị thể đến hóa học tầng đối lưu: mô phỏng toàn cầu bằng mô hình hóa học - khí quyển CHASER V4.0 (Hà Thị Minh Phúc và cộng sự, 2021)
Khí quyển của Trái Đất không là một khối đồng nhất chỉ bao gồm các loại khí, mà còn chứa trong nó rất nhiều các hạt rắn như aerosol (bụi kim loại, muối biển, ion, carbon hữu cơ và muội than) và các hạt lỏng trong mây. Các thành phần này đặc biệt tập trung trong tầng đối lưu, tạo ra các phản ứng dị thể có cơ chế khác biệt so với các phản ứng đồng thể, và gây ra các ảnh hưởng lớn đối với hóa học khí quyển. Ví dụ, các phản ứng trong đám mây có thể làm giảm khả năng oxy hóa của khí quyển (giảm O3 và OH), tức giảm khả năng tự làm sạch của khí quyển và tăng thời gian lưu của các chất ô nhiễm như methane (CH4) và CO.
Nghiên cứu này sử dụng mô hình hóa học-khí quyển CHASER-MIROC-ESM (phát triển bởi Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống Khí hậu (CCSR) - Đại học Tokyo, Viện Nghiên cứu Môi trường Quốc gia (NIES), và đại học Nagoya, Nhật Bản. Tác giả đã nghiên cứu tác động toàn cầu của các phản ứng dị thể đến hóa học tầng đối lưu, cụ thể là ba loại phản ứng dị thể của N2O5, HO2 và RO2 trên bề mặt các hạt aerosol và mây. Kết quả của mô hình được xác thực bằng các dữ liệu quan sát tại các trạm trong mạng lưới EANET (châu Á) và EMEP (châu Âu); dữ liệu quan trắc đại dương bằng tàu nghiên cứu Mirai của Nhật Bản; dữ liệu đo đạc từ máy bay ATom1; dữ liệu vệ tinh OMI, ISCCP và CALIPSO-GOCCP; và dữ liệu đồng hóa JRA55.
Các tính toán của tác giả cho thấy các phản ứng không đồng nhất gây ra những thay đổi rõ rệt về trữ lượng toàn cầu của O3 (−2,96%), NOx (−2,19%), CO (+3,28%) và thời gian sống trung bình toàn cầu của CH4 (+5,91%). Các tác động này được đóng góp phần lớn bởi sự hấp phụ N2O5 trên các aerosol ở tầng đối lưu giữa (1000-5000 m). Ở bề mặt Trái Đất (<1000 m), sự hấp phụ HO2 có đóng góp lớn nhất, đặc biệt là ở khu vực Bắc Thái Bình Dương vào mùa hè (−24% O3 , +68% NOx, +8% CO và -70% OH), chủ yếu là do sự hấp phụ trên bề mặt các giọt nước (liquid droplets). Phản ứng RO2 tuy chỉ đóng góp một phần nhỏ, nhưng làm giảm đáng kể trữ lượng O3 và CO trung bình toàn cầu.
Nói chung, sự hấp phụ lên bề mặt các tinh thể băng và giọt mây bởi HO2 và RO2 gây ra các hiệu ứng toàn cầu nhỏ hơn các hiệu ứng của N2O5 hấp phụ lên bề mặt aerosols. Các kết kết quả nghiên cứu chứng minh rằng các phản ứng hóa học dị thể không chỉ ảnh hưởng đến các khu vực ô nhiễm mà còn ảnh hưởng đến các khu vực xa xôi như lớp biên đại dương – khí quyển ở các vĩ độ trung bình và thượng tầng đối lưu. Hơn nữa, phản ứng dị thể của HO2 có thể mang đến thách thức cho các nỗ lực giảm thiểu ô nhiễm vì nó gây ra các tác động ngược chiều giữa NOx (tăng) và O3 (giảm) ở lớp khí quyển bề mặt.
NCS Hà Thị Minh Phúc là cán bộ giảng dạy thuộc bộ môn Môi trường, khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Xã hội và Nhân văn – ĐHQG-HCM. NCS Hà Thị Minh Phúc theo học tiến sĩ tại Đại học Nagoya, Nhật Bản. Bài viết được đăng trên tạp chí Geoscientific Model Development của nhà xuất bản Copernicus Gesellschaft mbH (Đức), ISSN 1991959X, 19919603, có chỉ số Impact Factor là 5.240 (2019), xếp loại Q1 theo Scimagojr thuộc lĩnh vực Earth and Planetary Sciences với chỉ số SJR (SCImago Journal Ranking) năm 2020 là 3.24.
Link: Ha, P. T. M., Matsuda, R., Kanaya, Y., Taketani, F., and Sudo, K.: Effects of heterogeneous reactions on tropospheric chemistry: a global simulation with the chemistry–climate model CHASER V4.0, Geosci. Model Dev., 14, 3813–3841, 2021. https://doi.org/10.5194/gmd-14-3813-2021.
