Formazione multifase di nitrato e solfato guidata da NO2 potenziata in condizioni di alta umidità

Perché l’aria umida può comunque essere sporca

Molti immaginano che il tempo umido e nebbioso aiuti a pulire l’aria, lavando l’inquinamento dal cielo. Ma nel sud della Cina spesso accade il contrario: quando l’aria calda e umida oceanica incontra aria continentale più fresca, si forma una fitta foschia anche se i tradizionali processi atmosferici che puliscono l’aria sono deboli. Questo studio spiega il motivo, rivelando come un inquinante comune del traffico, il biossido di azoto, alimenti in modo silenzioso la rapida formazione di particelle fini dannose quando l’aria è molto umida.

Aria appiccicosa sopra una città costiera

I ricercatori si sono concentrati su Xiamen, una città costiera nel sud della Cina, durante due settimane all’inizio della primavera 2024. In questo periodo dell’anno, aria oceanica calda e umida spesso collide con aria continentale più fresca e secca e ristagna, creando fronti meteorologici quasi stazionari. Durante questi eventi di alta umidità l’aria diventa stagnante, i venti calano e uno strato d’aria poco profondo rimane sopra la città. Le misure da una stazione di monitoraggio sul tetto hanno mostrato che i livelli di particelle fini (PM2.5) aumentavano, la visibilità peggiorava e spesso si formava nebbia con l’aumento dell’umidità. All’interno di questi periodi di foschia, la composizione chimica delle particelle cambiava in due fasi distinte: prima dominava il nitrato, poi saliva rapidamente il solfato.

Due fasi di chimica nascosta

Nelle prime ore, molto umide, di questi eventi le particelle si arricchivano di nitrato, nonostante la consueta chimica indotta dalla luce fosse debole e i livelli di ozono fossero bassi. Il gruppo ha scoperto che la spiegazione migliore era che il biossido di azoto proveniente dal traffico e da altre sorgenti venisse assorbito direttamente dalle superfici delle particelle bagnate e dalle sottili pellicole d’acqua al suolo. In queste goccioline concentrate il biossido di azoto reagisce più rapidamente che nell’acqua ordinaria, producendo sia nitrato sia un’altra forma reattiva di azoto che può ritornare in atmosfera. Il forte legame tra biossido di azoto, acqua negli aerosol, area superficiale delle particelle e l’aumento del nitrato suggerisce che questi processi superficiali dominano la produzione di nitrato durante la notte.

Quando la nebbia trasforma l’azoto in particelle di zolfo

Con l’aumento ulteriore dell’umidità e la formazione della nebbia, la chimica cambiava di nuovo. Il solfato, formato dal biossido di zolfo, cominciava a crescere rapidamente e poteva perfino superare il nitrato. Anche qui il biossido di azoto svolgeva un ruolo centrale, ma in modo differente. All’interno delle goccioline di nebbia e delle goccioline grandi, il biossido di azoto e i suoi prodotti di reazione ossidavano lo zolfo disciolto in una serie di reazioni acquose. Un intermedio chiave, una specie reattiva dell’azoto che condivide un equilibrio con l’acido nitroso, è risultato persistere più a lungo dentro goccioline più grandi e meno acide rispetto alle particelle minuscole e più acide. Questo tempo di permanenza maggiore le ha rese in grado di attaccare ripetutamente lo zolfo disciolto, alimentando la rapida produzione di solfato proprio quando erano presenti nebbia densa e foschia.

Mettere numeri all’invisibile

Per mettere alla prova queste idee, gli autori hanno costruito un dettagliato “box model” numerico che combinava chimica in fase gassosa, reazioni in acqua liquida e scambi tra aria e particelle. Quando hanno permesso l’assorbimento del biossido di azoto da parte di particelle umide e goccioline di nebbia, il modello ha riprodotto da vicino gli aumenti osservati di nitrato e solfato. Durante gli eventi umidi, l’assorbimento diretto del biossido di azoto ha spiegato quasi la metà di tutto il nitrato formato, e gli ossidanti a base di azoto (il biossido di azoto più i suoi prodotti acquosi) hanno prodotto quasi due terzi del solfato. Di notte, la via che coinvolge il biossido di azoto superava di gran lunga la strada più familiare che coinvolge un altro ossidante notturno, il pentossido di diazoto. Il modello ha mostrato anche che le goccioline di nebbia, per la loro dimensione maggiore e pH più alto, sono particolarmente favorevoli per la chimica azoto–zolfo che genera solfato.

Cosa significa per aria più pulita

Lo studio conclude che il biossido di azoto fa molto più che fungere da gas indicatore dell’inquinamento da traffico: in condizioni molto umide e stagnanti diventa un potente motore della formazione di particelle fini. Accelerando la conversione dell’azoto e dello zolfo gassosi in particelle di nitrato e solfato, queste reazioni acquose nascoste aiutano a spiegare perché i livelli di particolato non sono diminuiti tanto rapidamente quanto le emissioni di gas azotati e solforati in Cina. I risultati suggeriscono che il controllo dello smog nelle regioni costiere e umide deve considerare non solo quanto biossido di azoto viene emesso, ma anche con quale frequenza l’atmosfera entra in questi stati appiccicosi e nebbiosi che lo trasformano in una piccola fabbrica chimica.

Citazione: Lin, Z., Ji, X., Xu, L. et al. Enhanced NO₂-driven multiphase formation of particulate nitrate and sulfate under high-humidity conditions. npj Clim Atmos Sci 9, 76 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01352-5

Parole chiave: inquinamento atmosferico, biossido di azoto, particelle fini, alta umidità, chimica della nebbia