Studi terbaru mengungkap jalur kimia yang sebelumnya belum dikenali dalam pembentukan partikel polusi udara di lingkungan. Penelitian ini menunjukkan bahwa senyawa organik yang mengandung sulfur, yakni organosulfat teroksigenasi (oxygenated organosulfates/OOS), dapat terbentuk langsung pada fase gas dalam emisi aerosol dan kemudian bertindak sebagai “benih” kuat bagi pembentukan partikel baru di atmosfer.
Partikel yang terbentuk melalui proses tersebut dapat tumbuh menjadi materi partikulat halus. Keberadaan materi partikulat halus berpengaruh pada pembentukan awan dan dapat berdampak pada kualitas udara, kesehatan manusia, serta kesejahteraan iklim. Temuan yang dipublikasikan dalam Geophysical Research Letters ini dinilai berpotensi mengubah cara ilmuwan memahami kualitas udara dan kaitannya dengan iklim.
Pemimpin studi, profesor Ilmu Atmosfer dan Bumi di Universitas Alabama di Huntsville (UAH) Shanhu Lee, menyebut penelitian ini sebagai terobosan dalam ilmu aerosol. Ia mengatakan, studi lanjutan akan meneliti bagaimana proses tersebut memengaruhi kualitas udara di kota-kota serta bagaimana sumber emisi baru dapat memengaruhi pembentukan partikel.
Jalur kimia baru ini ditemukan secara tidak terduga dari eksperimen laboratorium yang dirancang untuk meniru lingkungan hutan di Amerika Serikat. Lingkungan seperti ini kerap terpapar polusi antropogenik yang terbawa dari transportasi jarak jauh. Pada awalnya, para peneliti tidak bermaksud mempelajari OOS, melainkan meneliti proses pembentukan aerosol di lingkungan menyerupai hutan yang terus-menerus terpapar polusi akibat aktivitas manusia.
Namun selama percobaan, tim peneliti mengamati bahwa pencampuran senyawa biogenik dengan ozon dan sulfur dioksida menghasilkan OOS dalam fase gas. Temuan ini mengejutkan karena organosulfat selama ini dianggap terutama terbentuk di dalam partikel.
Dalam fase gas, termasuk senyawa dengan volatilitas rendah, molekul-molekul berada di atmosfer sebelum atau selama proses konversinya menjadi partikel aerosol padat maupun cair. Keberadaan senyawa semacam ini berpengaruh pada pembentukan, pertumbuhan, dan reaksi kimia aerosol.
Untuk memastikan apakah pembentukan OOS di fase gas memungkinkan secara kimiawi, Lee berkolaborasi dengan Jonas Elm dan timnya dari Universitas Aarhus, Denmark. Melalui perhitungan kimia kuantum tingkat lanjut, para peneliti mengidentifikasi jalur reaksi tanpa hambatan yang sebelumnya tidak diketahui. Jalur ini memungkinkan OOS terbentuk langsung dari senyawa atmosfer yang umum.
Menurut Lee, perhitungan tersebut menunjukkan reaksi dapat berlangsung efisien dalam fase gas dan membentuk OOS yang stabil—sesuatu yang belum dipertimbangkan sebelumnya. Dengan menggunakan spektrometer massa canggih, tim peneliti mendeteksi lebih dari 200 OOS berbeda pada fase gas.
Penelitian ini juga menemukan bahwa senyawa-senyawa tersebut berkontribusi signifikan terhadap nukleasi aerosol, yakni langkah awal penting dalam pembentukan partikel baru. Nukleasi aerosol merupakan proses ketika partikel padat atau cair berukuran sangat kecil terbentuk langsung dari molekul gas, lalu menjadi benih awal bagi kabut, awan, dan polusi. Proses ini melibatkan gas seperti asam sulfat, amonia, serta senyawa organik volatilitas rendah yang dapat bertabrakan membentuk gugus stabil dan tumbuh menjadi nanopartikel.
Temuan ini menantang asumsi lama bahwa pembentukan aerosol berasal dari kontribusi yang berdiri sendiri dari masing-masing prekursor kimia, seperti asam sulfat atau molekul organik. Studi tersebut menunjukkan prekursor- prekursor itu dapat bereaksi satu sama lain dan menghasilkan senyawa baru sepenuhnya. Para peneliti mengidentifikasi OOS sebagai kelas prekursor nukleasi aerosol baru yang sebelumnya tidak dikenali dan belum masuk dalam sebagian besar model yang digunakan saat ini.
Lee menekankan pentingnya memahami interaksi tersebut karena kondisi atmosfer di dunia nyata umumnya merupakan campuran emisi antropogenik dan biogenik. Ia menyebut lingkungan yang sepenuhnya biogenik atau sepenuhnya antropogenik tergolong langka. Kawasan perkotaan masih memiliki emisi alami substansial dari vegetasi, sementara wilayah berhutan sering dipengaruhi polusi yang diangkut dari jarak jauh.
Dalam konteks perkotaan, penelitian menyoroti bahwa sejumlah kota di Amerika Serikat, seperti Atlanta dan Houston, mengalami polusi sulfur dioksida yang tinggi dari pembangkit listrik di dekatnya, sekaligus memiliki emisi biogenik kuat dari vegetasi. Selain itu, polutan perkotaan yang baru muncul—misalnya dari produk perawatan pribadi dan pembersih—dapat melepaskan senyawa aromatik alami dari minyak atsiri (monoterpen), seperti limonene yang beraroma jeruk.
Penelitian lanjutan akan mengkaji bagaimana limonene, ozon, dan sulfur dioksida berinteraksi membentuk OOS di lingkungan perkotaan. Lee menyatakan kajian ini penting untuk meningkatkan pemahaman tentang kualitas udara di kota-kota seiring meningkatnya emisi dari sumber-sumber baru.
