Человеческая деятельность выбрасывает в воздух множество видов загрязняющих веществ, и без молекулы, называемой гидроксидом (ОН), многие из этих загрязняющих веществ продолжали бы накапливаться в атмосфере.
То, как ОН образуется в атмосфере, рассматривается как полная история, но в новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследовательская группа, в которую входит Сергей Низкородов, профессор химии Калифорнийского университета в Ирвине, сообщает, что сильное электрическое поле, которое существует на поверхности между каплями воды в воздухе и окружающим воздухом, может создавать ОН по ранее неизвестному механизму.
Это открытие должно изменить то, как ученые понимают, как воздух очищается от таких вещей, как выбрасываемые человеком загрязняющие вещества и парниковые газы, с которыми OH может вступать в реакцию и удаляться.
«Для окисления углеводородов нужен ОН, иначе они бесконечно накапливались бы в атмосфере», — сказал Низкородов.
«OH является ключевым игроком в истории химии атмосферы. Он инициирует реакции, которые разрушают переносимые по воздуху загрязнители, и помогает удалять из атмосферы вредные химические вещества, такие как диоксид серы и оксид азота, которые являются ядовитыми газами», — сказал Кристиан Джордж. атмосферный химик из Лионского университета во Франции и ведущий автор нового исследования. «Таким образом, полное понимание его источников и поглотителей является ключом к пониманию и смягчению последствий загрязнения воздуха».
Ранее исследователи предполагали, что солнечный свет был главным двигателем образования ОН.
«Принято считать, что вы должны получить OH с помощью фотохимии или окислительно-восстановительной химии. В качестве катализаторов вам нужен солнечный свет или металлы», — сказал Низкородов. «В этой статье, по сути, говорится, что вам ничего из этого не нужно. В самой чистой воде OH может создаваться спонтанно за счет особых условий на поверхности капель».
Команда основывалась на исследованиях ученых Стэнфордского университета под руководством Ричарда Зара, которые сообщили о самопроизвольном образовании перекиси водорода на поверхности капель воды. Новые данные помогают интерпретировать неожиданные результаты группы Заре.
Команда измерила концентрации OH в разных флаконах — некоторые из которых содержат поверхность воздух-вода, а другие содержат только воду без воздуха — и отследила производство OH в темноте, включив «зондовую» молекулу во флаконы, которая флуоресцирует, когда вступает в реакцию с OH.
Они увидели, что скорость производства ОН в темноте отражает те же показатели и даже превышает показатели таких факторов, как воздействие солнечного света. «Будет создано достаточное количество ОН, чтобы конкурировать с другими известными источниками ОН», — сказал Низкородов. «Ночью, когда нет фотохимии, ОН все еще вырабатывается, и он вырабатывается с большей скоростью, чем это могло бы произойти в противном случае».
Результаты, сообщил Низкородов, меняют понимание источников OH, что изменит то, как другие исследователи строят компьютерные модели, которые пытаются прогнозировать, как происходит загрязнение воздуха.
«Это может существенно изменить модели загрязнения воздуха», — сказал Низкородов. «OH является важным окислителем внутри капель воды, и основное предположение в моделях заключается в том, что OH поступает из воздуха, а не образуется непосредственно в капле».
Чтобы определить, играет ли роль этот новый механизм производства ОН, Низкородов считает, что следующим шагом будет проведение тщательно спланированных экспериментов в реальной атмосфере в разных частях мира.
Но сначала команда ожидает, что результаты произведут фурор в сообществе исследователей атмосферы.
«Многие это прочитают, но сначала не поверят и попытаются либо воспроизвести, либо проведут эксперименты, чтобы доказать, что это неправильно», — сказал Низкородов. «За этим наверняка последует множество лабораторных экспериментов».
Он добавил, что UCI является лучшим местом для продолжения такой науки, потому что другие лаборатории UCI, такие как лаборатория Энн Мари Карлтон, профессора химии, сосредоточили свои усилия на роли капель воды в атмосфере.
