Naukowcy odkrywają sposób, w jaki ziemska atmosfera oczyszcza się

Działalność człowieka emituje do powietrza wiele rodzajów zanieczyszczeń, a bez cząsteczki zwanej wodorotlenkiem (OH) wiele z tych zanieczyszczeń nadal gromadziłoby się w atmosferze.

To, jak samo OH tworzy się w atmosferze, było postrzegane jako cała historia, ale nowe badania opublikowane w Obrady Narodowej Akademii NaukZespół badawczy, w skład którego wchodzi Sergei Nezhorodov, profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, donosi, że silne pole elektryczne obecne na powierzchni między unoszącymi się w powietrzu kropelkami wody a otaczającym powietrzem może wytworzyć OH za pomocą wcześniej nieznanego mechanizmu.

To odkrycie zmienia sposób, w jaki naukowcy rozumieją, jak oczyszczać powietrze z zanieczyszczeń emitowanych przez człowieka i gazów cieplarnianych, z którymi OH może wchodzić w interakcje i je eliminować. „Potrzebujesz OH do utleniania węglowodorów, w przeciwnym razie będą one gromadzić się w atmosferze w nieskończoność” – powiedział Niżgorodow.

„OH jest kluczowym graczem w historii chemii atmosferycznej. Rozpoczyna reakcje, które rozkładają zanieczyszczenia w powietrzu i pomaga usuwać z atmosfery szkodliwe chemikalia, takie jak dwutlenek siarki i tlenek azotu, które są toksycznymi gazami” – powiedział Christian George. Chemik zajmujący się atmosferą na Uniwersytecie w Lyonie we Francji i główny autor nowego badania. „Dlatego pełne zrozumienie jego źródeł i pochłaniaczy jest kluczem do zrozumienia i łagodzenia zanieczyszczenia powietrza”.

Wcześniej naukowcy zakładali, że światło słoneczne było głównym motorem powstawania OH.

„Konwencjonalna mądrość jest taka, że ​​musisz wytworzyć OH za pomocą fotochemii lub chemii redoks. Musisz mieć światło słoneczne lub metale działające jako katalizatory” – powiedział Niżgorodow. „To, co ten artykuł mówi w istocie, to to, że nie potrzebujesz tego. W samej czystej wodzie OH może powstać spontanicznie w specjalnych warunkach na powierzchni kropelek”.

Zespół opierał się na badaniach przeprowadzonych przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda pod kierownictwem Richarda Zari, który zgłosił spontaniczne tworzenie się nadtlenku wodoru na powierzchni kropelek wody. Nowe odkrycia pomagają wyjaśnić nieoczekiwane odkrycia grupy Zare.

Zespół zmierzył stężenia wodorotlenku w różnych kolbach – niektóre z wodą powierzchniową i powietrzem, a inne tylko z wodą bez powietrza – i śledził produkcję wodorotlenku w ciemności poprzez osadzenie cząsteczki „sondy” w kolbach, która fluoryzuje, gdy reaguje z OH.

Zauważyli, że tempo produkcji OH w ciemności odzwierciedlało, a nawet przewyższało tempo czynników takich jak ekspozycja na słońce. „Wygeneruje się wystarczająco dużo OH, aby konkurować z innymi znanymi źródłami OH” – powiedział Niżgorodow. „W nocy, kiedy nie ma fotochemii, wodór jest nadal wytwarzany i produkowany z większą szybkością niż w innym przypadku”.

Odkrycia zmieniają zrozumienie źródeł OH, powiedział Niżgorodow, coś, co zmieni sposób, w jaki inni badacze budują modele komputerowe, które próbują przewidzieć, w jaki sposób wystąpi zanieczyszczenie powietrza.

„To może radykalnie zmienić modele zanieczyszczenia powietrza” – powiedział Niżgorodow. „OH jest ważnym środkiem utleniającym w kropelkach wody, a głównym założeniem w modelach jest to, że OH pochodzi z powietrza i nie jest wytwarzany bezpośrednio w kropli”.

Aby ustalić, czy nowy mechanizm produkcji OH odgrywa rolę, Nizkorodov uważa, że ​​następnym krokiem jest przeprowadzenie starannie zaprojektowanych eksperymentów w prawdziwej atmosferze w różnych częściach świata.

Ale najpierw zespół spodziewa się, że odkrycia wpłyną na społeczność badaczy atmosfery.

„Wiele osób to przeczyta, ale na początku nie uwierzą i spróbują to odtworzyć lub spróbują przeprowadzić eksperymenty, aby udowodnić, że to nieprawda” – powiedział Neskorodov. „Na pewno będzie wiele dalszych badań laboratoryjnych w tej sprawie”.

Dodał, że UCI jest kluczowym miejscem do kontynuacji takiej nauki, ponieważ inne laboratoria UCI, takie jak Annemarie Carleton, profesor chemii, skupiają swoje wysiłki na roli, jaką odgrywają kropelki wody w atmosferze.