Biogenic Potassium Salt Particles as Seeds for Secondary Organic Aerosol in the Amazon

The fine particles serving as cloud condensation nuclei in pristine Amazonian rainforest air consist mostly of secondary organic aerosol. Their origin is enigmatic, however, because new particle formation in the atmosphere is not observed. Here, we show that the growth of organic aerosol particles can be initiated by potassium-salt-rich particles emitted by biota in the rainforest. These particles act as seeds for the condensation of low- or semi-volatile organic compounds from the atmospheric gas phase or multiphase oxidation of isoprene and terpenes. Our findings suggest that the primary emission of biogenic salt particles directly influences the number concentration of cloud condensation nuclei and affects the microphysics of cloud formation and precipitation over the rainforest.

Chemical characterization of atmospheric secondary organic aerosol of biogenic and anthropogenic origin

The main objective of this thesis was the chemical characterization of synthetic secondary organic aerosol (SOA) produced from atmospherically relevant anthropogenic and biogenic VOCs during reaction chamber experiments. In parallel, the resulting chemical features of these laboratory-SOA were used to interpret the composition of ambient samples of atmospheric fine particulate matter collected at several sites in Europe, in order to determine the fraction of ambient aerosol organic mass accounted for by biogenic and anthropogenic SOA.

Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn

Kinetic modeling and experiments on gas uptake and chemical transformation of organic aerosol in the atmosphere

Aerosolpartikel beeinflussen das Klima durch Streuung und Absorption von Strahlung sowie als Nukleations-Kerne für Wolkentröpfchen und Eiskristalle. Darüber hinaus haben Aerosole einen starken Einfluss auf die Luftverschmutzung und die öffentliche Gesundheit. Gas-Partikel-Wechselwirkunge sind wichtige Prozesse, weil sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen wie Toxizität, Reaktivität, Hygroskopizität und optische Eigenschaften beeinflussen. Durch einen Mangel an experimentellen Daten und universellen Modellformalismen sind jedoch die Mechanismen und die Kinetik der Gasaufnahme und der chemischen Transformation organischer Aerosolpartikel unzureichend erfasst. Sowohl die chemische Transformation als auch die negativen gesundheitlichen Auswirkungen von toxischen und allergenen Aerosolpartikeln, wie Ruß, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Proteine, sind bislang nicht gut verstanden.rn Kinetische Fluss-Modelle für Aerosoloberflächen- und Partikelbulk-Chemie wurden auf Basis des Pöschl-Rudich-Ammann-Formalismus für Gas-Partikel-Wechselwirkungen entwickelt. Zunächst wurde das kinetische Doppelschicht-Oberflächenmodell K2-SURF entwickelt, welches den Abbau von PAK auf Aerosolpartikeln in Gegenwart von Ozon, Stickstoffdioxid, Wasserdampf, Hydroxyl- und Nitrat-Radikalen beschreibt. Kompetitive Adsorption und chemische Transformation der Oberfläche führen zu einer stark nicht-linearen Abhängigkeit der Ozon-Aufnahme bezüglich Gaszusammensetzung. Unter atmosphärischen Bedingungen reicht die chemische Lebensdauer von PAK von wenigen Minuten auf Ruß, über mehrere Stunden auf organischen und anorganischen Feststoffen bis hin zu Tagen auf flüssigen Partikeln. rn Anschließend wurde das kinetische Mehrschichtenmodell KM-SUB entwickelt um die chemische Transformation organischer Aerosolpartikel zu beschreiben. KM-SUB ist in der Lage, Transportprozesse und chemische Reaktionen an der Oberfläche und im Bulk von Aerosol-partikeln explizit aufzulösen. Es erforder im Gegensatz zu früheren Modellen keine vereinfachenden Annahmen über stationäre Zustände und radiale Durchmischung. In Kombination mit Literaturdaten und neuen experimentellen Ergebnissen wurde KM-SUB eingesetzt, um die Effekte von Grenzflächen- und Bulk-Transportprozessen auf die Ozonolyse und Nitrierung von Protein-Makromolekülen, Ölsäure, und verwandten organischen Ver¬bin-dungen aufzuklären. Die in dieser Studie entwickelten kinetischen Modelle sollen als Basis für die Entwicklung eines detaillierten Mechanismus für Aerosolchemie dienen sowie für das Herleiten von vereinfachten, jedoch realistischen Parametrisierungen für großskalige globale Atmosphären- und Klima-Modelle. rn Die in dieser Studie durchgeführten Experimente und Modellrechnungen liefern Beweise für die Bildung langlebiger reaktiver Sauerstoff-Intermediate (ROI) in der heterogenen Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln. Die chemische Lebensdauer dieser Zwischenformen beträgt mehr als 100 s, deutlich länger als die Oberflächen-Verweilzeit von molekularem O3 (~10-9 s). Die ROIs erklären scheinbare Diskrepanzen zwischen früheren quantenmechanischen Berechnungen und kinetischen Experimenten. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Transformation sowie in den negativen Gesundheitseffekten von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten, wie Ruß, PAK und Proteine. ROIs sind vermutlich auch an der Zersetzung von Ozon auf mineralischem Staub und an der Bildung sowie am Wachstum von sekundären organischen Aerosolen beteiligt. Darüber hinaus bilden ROIs eine Verbindung zwischen atmosphärischen und biosphärischen Mehrphasenprozessen (chemische und biologische Alterung).rn Organische Verbindungen können als amorpher Feststoff oder in einem halbfesten Zustand vorliegen, der die Geschwindigkeit von heterogenen Reaktionenen und Mehrphasenprozessen in Aerosolen beeinflusst. Strömungsrohr-Experimente zeigen, dass die Ozonaufnahme und die oxidative Alterung von amorphen Proteinen durch Bulk-Diffusion kinetisch limitiert sind. Die reaktive Gasaufnahme zeigt eine deutliche Zunahme mit zunehmender Luftfeuchte, was durch eine Verringerung der Viskosität zu erklären ist, bedingt durch einen Phasenübergang der amorphen organischen Matrix von einem glasartigen zu einem halbfesten Zustand (feuchtigkeitsinduzierter Phasenübergang). Die chemische Lebensdauer reaktiver Verbindungen in organischen Partikeln kann von Sekunden bis zu Tagen ansteigen, da die Diffusionsrate in der halbfesten Phase bei niedriger Temperatur oder geringer Luftfeuchte um Größenordnungen absinken kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen wie halbfeste Phasen die Auswirkung organischeer Aerosole auf Luftqualität, Gesundheit und Klima beeinflussen können. rn

Microscopic and spectroscopic analysis of biogenic aerosols

Aerosol particles are important actors in the Earth’s atmosphere and climate system. They scatter and absorb sunlight, serve as nuclei for water droplets and ice crystals in clouds and precipitation, and are a subject of concern for public health. Atmospheric aerosols originate from both natural and anthropogenic sources, and emissions resulting from human activities have the potential to influence the hydrological cycle and climate. An assessment of the extent and impacts of this human force requires a sound understanding of the natural aerosol background. This dissertation addresses the composition, properties, and atmospheric cycling of biogenic aerosol particles, which represent a major fraction of the natural aerosol burden. The main focal points are: (i) Studies of the autofluo-rescence of primary biological aerosol particles (PBAP) and its application in ambient measure-ments, and (ii) X-ray microscopic and spectroscopic investigations of biogenic secondary organic aerosols (SOA) from the Amazonian rainforest.rnAutofluorescence of biological material has received increasing attention in atmospheric science because it allows real-time monitoring of PBAP in ambient air, however it is associated with high uncertainty. This work aims at reducing the uncertainty through a comprehensive characterization of the autofluorescence properties of relevant biological materials. Fluorescence spectroscopy and microscopy were applied to analyze the fluorescence signatures of pure biological fluorophores, potential non-biological interferences, and various types of reference PBAP. Characteristic features and fingerprint patterns were found and provide support for the operation, interpretation, and further development of PBAP autofluorescence measurements. Online fluorescence detection and offline fluorescence microscopy were jointly applied in a comprehensive bioaerosol field measurement campaign that provided unprecedented insights into PBAP-linked biosphere-atmosphere interactions in a North-American semi-arid forest environment. Rain showers were found to trigger massive bursts of PBAP, including high concentrations of biological ice nucleators that may promote further precipitation and can be regarded as part of a bioprecipitation feedback cycle in the climate system. rnIn the pristine tropical rainforest air of the Amazon, most cloud and fog droplets form on bio-genic SOA particles, but the composition, morphology, mixing state and origin of these particles is hardly known. X-ray microscopy and spectroscopy (STXM-NEXAFS) revealed distinctly different types of secondary organic matter (carboxyl- vs. hydroxy-rich) with internal structures that indicate a strong influence of phase segregation, cloud and fog processing on SOA formation, and aging. In addition, nanometer-sized potassium-rich particles emitted by microorganisms and vegetation were found to act as seeds for the condensation of SOA. Thus, the influence of forest biota on the atmospheric abundance of cloud condensation nuclei appears to be more direct than previously assumed. Overall, the results of this dissertation suggest that biogenic aerosols, clouds and precipitation are indeed tightly coupled through a bioprecipitation cycle, and that advanced microscopic and spectroscopic techniques can provide detailed insights into these mechanisms.rn

Cellular responses after exposure of lung cell cultures to secondary organic aerosol particles

The scope of this work was to examine in vitro responses of lung cells to secondary organic aerosol (SOA) particles, under realistic ambient air and physiological conditions occurring when particles are inhaled by mammals, using a novel particle deposition chamber. The cell cultures included cell types that are representative for the inner surface of airways and alveoli and are the target cells for inhaled particles. The results demonstrate that an exposure to SOA at ambient-air concentrations of about 10(4) particles/cm(3) for 2 h leads to only moderate cellular responses. There is evidence for (i) cell type specific effects and for (ii) different effects of SOA originating from anthropogenic and biogenic precursors, i.e. 1,3,5-trimethylbenzene (TMB) and alpha-pinene, respectively. There was no indication for cytotoxic effects but for subtle changes in cellular functions that are essential for lung homeostasis. Decreased phagocytic activity was found in human macrophages exposed to SOA from alpha-pinene. Alveolar epithelial wound repair was affected by TMB-SOA exposure, mainly because of altered cell spreading and migration at the edge of the wound. In addition, cellular responses were found to correlate with particle number concentration, as interleukin-8 production was increased in pig explants exposed to TMB-SOA with high particle numbers.

Gasoline emissions dominate over diesel in formation of secondary organic aerosol mass

Although laboratory experiments have shown that organic compounds in both gasoline fuel and diesel engine exhaust can form secondary organic aerosol (SOA), the fractional contribution from gasoline and diesel exhaust emissions to ambient SOA in urban environments is poorly known. Here we use airborne and ground-based measurements of organic aerosol (OA) in the Los Angeles (LA) Basin, California made during May and June 2010 to assess the amount of SOA formed from diesel emissions. Diesel emissions in the LA Basin vary between weekdays and weekends, with 54% lower diesel emissions on weekends. Despite this difference in source contributions, in air masses with similar degrees of photochemical processing, formation of OA is the same on weekends and weekdays, within the measurement uncertainties. This result indicates that the contribution from diesel emissions to SOA formation is zero within our uncertainties. Therefore, substantial reductions of SOA mass on local to global scales will be achieved by reducing gasoline vehicle emissions.

TERPENE AND TERPENOID EMISSIONS AND SECONDARY ORGANIC AEROSOL PRODUCTION

Approximately 90% of fine aerosol in the Midwestern United States has a regional component with a sizable fraction attributed to secondary production of organic aerosol (SOA). The Ozark Forest is an important source of biogenic SOA precursors like isoprene (> 150 mg m-2 d-1), monoterpenes (10-40 mg m-2 d-1), and sesquiterpenes (10-40 mg m-2d-1). Anthropogenic sources include secondary sulfate and nitrate and biomass burning (51-60%), vehicle emissions (17-26%), and industrial emissions (16-18%). Vehicle emissions are an important source of volatile and vapor-phase, semivolatile aliphatic and aromatic hydrocarbons that are important anthropogenic sources of SOA precursors. The short lifetime of SOA precursors and the complex mixture of functionalized oxidation products make rapid sampling, quantitative processing methods, and comprehensive organic molecular analysis essential elements of a comprehensive strategy to advance understanding of SOA formation pathways. Uncertainties in forecasting SOA production on regional scales are large and related to uncertainties in biogenic emission inventories and measurement of SOA yields under ambient conditions. This work presents a bottom-up approach to develop a conifer emission inventory based on foliar and cortical oleoresin composition, development of a model to estimate terpene and terpenoid signatures of foliar and bole emissions from conifers, development of processing and analytic techniques for comprehensive organic molecular characterization of SOA precursors and oxidation products, implementation of the high-volume sampling technique to measure OA and vapor-phase organic matter, and results from a 5 day field experiment conducted to evaluate temporal and diurnal trends in SOA precursors and oxidation products. A total of 98, 115, and 87 terpene and terpenoid species were identified and quantified in commercially available essential oils of Pinus sylvestris, Picea mariana, and Thuja occidentalis, respectively, by comprehensive, two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometric detection (GC × GC-ToF-MS). Analysis of the literature showed that cortical oleoresin composition was similar to foliar composition of the oldest branches. Our proposed conceptual model for estimation of signatures of terpene and terpenoid emissions from foliar and cortical oleoresin showed that emission potentials of the foliar and bole release pathways are dissimilar and should be considered for conifer species that develop resin blisters or are infested with herbivores or pathogens. Average derivatization efficiencies for Methods 1 and 2 were 87.9 and 114%, respectively. Despite the lower average derivatization efficiency of Method 1, distinct advantages included a greater certainty of derivatization yield for the entire suite of multi- and poly-functional species and fewer processing steps for sequential derivatization. Detection limits for Method 1 using GC × GC- ToF-MS were 0.09-1.89 ng μL-1. A theoretical retention index diagram was developed for a hypothetical GC × 2GC analysis of the complex mixture of SOA precursors and derivatized oxidation products. In general, species eluted (relative to the alkyl diester reference compounds) from the primary column (DB-210) in bands according to n and from the secondary columns (BPX90, SolGel-WAX) according to functionality, essentially making the GC × 2GC retention diagram a Carbon number-functionality grid. The species clustered into 35 groups by functionality and species within each group exhibited good separation by n. Average recoveries of n-alkanes and polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by Soxhlet extraction of XAD-2 resin with dichloromethane were 80.1 ± 16.1 and 76.1 ± 17.5%, respectively. Vehicle emissions were the common source for HSVOCs [i.e., resolved alkanes, the unresolved complex mixture (UCM), alkylbenzenes, and 2- and 3-ring PAHs]. An absence of monoterpenes at 0600-1000 and high concentrations of monoterpenoids during the same period was indicative of substantial losses of monoterpenes overnight and the early morning hours. Post-collection, comprehensive organic molecular characterization of SOA precursors and products by GC × GC-ToFMS in ambient air collected with ~2 hr resolution is a promising method for determining biogenic and anthropogenic SOA yields that can be used to evaluate SOA formation models.

Molecular composition of organic aerosols in central Amazonia: an ultra-high-resolution mass spectrometry study

The Amazon Basin plays key role in atmospheric chemistry, biodiversity and climate change. In this study we applied nanoelectrospray (nanoESI) ultra-high-resolution mass spectrometry (UHRMS) for the analysis of the organic fraction of PM2.5 aerosol samples collected during dry and wet seasons at a site in central Amazonia receiving background air masses, biomass burning and urban pollution. Comprehensive mass spectral data evaluation methods (e.g. Kendrick mass defect, Van Krevelen diagrams, carbon oxidation state and aromaticity equivalent) were used to identify compound classes and mass distributions of the detected species. Nitrogen- and/or sulfur-containing organic species contributed up to 60 % of the total identified number of formulae. A large number of molecular formulae in organic aerosol (OA) were attributed to later-generation nitrogen- and sulfur-containing oxidation products, suggesting that OA composition is affected by biomass burning and other, potentially anthropogenic, sources. Isoprene-derived organosulfate (IEPOX-OS) was found to be the most dominant ion in most of the analysed samples and strongly followed the concentration trends of the gas-phase anthropogenic tracers confirming its mixed anthropogenic–biogenic origin. The presence of oxidised aromatic and nitro-aromatic compounds in the samples suggested a strong influence from biomass burning especially during the dry period. Aerosol samples from the dry period and under enhanced biomass burning conditions contained a large number of molecules with high carbon oxidation state and an increased number of aromatic compounds compared to that from the wet period. The results of this work demonstrate that the studied site is influenced not only by biogenic emissions from the forest but also by biomass burning and potentially other anthropogenic emissions from the neighbouring urban environments.

Modeling the Effect of Vapor Wall Deposition on the Formation of Secondary Organic Aerosol in Chamber Studies

Laboratory chamber experiments are used to investigate formation of secondary organic aerosol (SOA) from biogenic and anthropogenic precursors under a variety of environmental conditions. Simulations of these experiments test our understanding of the prevailing chemistry of SOA formation as well as the dynamic processes occurring in the chamber itself. One dynamic process occurring in the chamber that was only recently recognized is the deposition of vapor species to the Teflon walls of the chamber. Low-volatility products formed from the oxidation of volatile organic compounds (VOCs) deposit on the walls rather than forming SOA, decreasing the amount of SOA formed (quantified as the SOA yield: mass of SOA formed per mass of VOC reacted). In this work, several modeling studies are presented that address the effect of vapor wall deposition on SOA formation in chambers.

A coupled vapor-particle dynamics model is used to examine the competition among the rates of gas-phase oxidation to low volatility products, wall deposition of these products, and mass transfer to the particle phase. The relative time scales of these rates control the amount of SOA formed by affecting the influence of vapor wall deposition. Simulations show that an effect on SOA yield of changing the vapor-particle mass transfer rate is only observed when SOA formation is kinetically limited. For systems with kinetically limited SOA formation, increasing the rate of vapor-particle mass transfer by increasing the concentration of seed particles is an effective way to minimize the effect of vapor wall deposition.

This coupled vapor-particle dynamics model is then applied to α-pinene ozonolysis SOA experiments. Experiments show that the SOA yield is affected when changing the oxidation rate but not when changing the rate of gas-particle mass transfer by changing the concentration of seed particles. Model simulations show that the absence of an effect of changing the seed particle concentration is consistent with SOA formation being governed by quasi-equilibrium growth, in which gas-particle equilibrium is established much faster than the rate of change of the gas-phase concentration. The observed effect of oxidation rate on SOA yield arises due to the presence of vapor wall deposition: gas-phase oxidation products are produced more quickly and condense preferentially onto seed particles before being lost to the walls. Therefore, for α-pinene ozonolysis, increasing the oxidation rate is the most effective way to mitigate the influence of vapor wall deposition.

Finally, the detailed model GECKO-A (Generator for Explicit Chemistry and Kinetics of Organics in the Atmosphere) is used to simulate α-pinene photooxidation SOA experiments. Unexpectedly, α-pinene OH oxidation experiments show no effect when changing either the oxidation rate or the vapor-particle mass transfer rate, whereas GECKO-A predicts that changing the oxidation rate should drastically affect the SOA yield. Sensitivity studies show that the assumed magnitude of the vapor wall deposition rate can greatly affect conclusions drawn from comparisons between simulations and experiments. If vapor wall loss in the Caltech chamber is of order 10^-5 s^-1, GECKO-A greatly overpredicts SOA during high UV experiments, likely due to an overprediction of second-generation products. However, if instead vapor wall loss in the Caltech chamber is of order 10^-3 s^-1, GECKO-A greatly underpredicts SOA during low UV experiments, possibly due to missing autoxidation pathways in the α-pinene mechanism.

INCORPORATING REAL SCIENCE INTO THE SECONDARY CLASSROOM: AEROSOLS AND CLIMATE CHANGE

Climate science and climate change are included in the Next Generation Science Standards, curriculum standards that were released in 2013. How to incorporate these topics, especially climate change, has been a difficult task for teachers. A team of scientists are studying aerosols in the free troposphere; what their properties are, how they change while in the atmosphere and where they came from. Lessons were created based on this real, ongoing scientific research being conducted in the Azores. During these activities, students are exposed to what scientists actually do in the form of videos and participate in similar tasks such as conducting experiments, collecting data, and analyzing data. At the conclusion of the lessons, students will form conclusions based on the evidence they have at the time.