A tudósok felfedezték, hogy a Föld légköre hogyan tisztítja meg önmagát

Az emberi tevékenységek sokféle szennyező anyagot bocsátanak ki a levegőbe, és a hidroxil (OH) nevű molekula nélkül sok ilyen szennyező anya...

Az ég nem csak kék, a légköri fény hatására zöld, sárga és vörös is lesz

A Kármán-vonal a Föld és az űr határa, amit egy magyar fizikusról neveztek el

Egy napvihar lyukat ütött a Föld magnetoszférájába, és rendkívül ritka rózsaszín sarki fényeket okozott

Az emberi tevékenységek sokféle szennyező anyagot bocsátanak ki a levegőbe, és a hidroxil (OH) nevű molekula nélkül sok ilyen szennyező anyag halmozódna fel a légkörben.

Az, hogy maga az OH hogyan képződik a légkörben, eddig teljes történetnek tekintették, de a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent új kutatásban Sergey Nizkorodov, az Irvine-i Kaliforniai Egyetem (UCI) kémiaprofesszorának kutatócsoportja arról számolt be, hogy a levegőben szálló vízcseppek felszíne és a környező levegő között létező elektromos mező korábban ismeretlen mechanizmussal OH-t hozhat létre. (1)

Ez egy olyan felfedezés, amely átformálja a tudósok megértését, hogy a levegő hogyan tisztítja meg magát az olyan dolgoktól, mint például az ember által kibocsátott szennyező anyagok és az üvegházhatású gázok, amelyekkel az OH képes reagálni és kiküszöbölni. "A szénhidrogének oxidálásához OH-ra van szükség, különben korlátlan ideig felhalmozódnának a légkörben," - mondta Nizkorodov.

"Az OH kulcsszerepet játszik a légköri kémia történetében. Beindítja azokat a reakciókat, amelyek lebontják a levegőben lebegő szennyező anyagokat, és segít eltávolítani a légkörből a káros vegyszereket, például a kén-dioxidot és a nitrogén-oxidot, amelyek mérgező gázok," - mondta Christian George, a franciaországi Lyoni Egyetem légkörkémikusa és a tanulmány vezető szerzője. "Így forrásainak és elnyelőinek teljes ismerete kulcsfontosságú a légszennyezés megértéséhez és mérsékléséhez."

Korábban a kutatók azt feltételezték, hogy a napfény az OH kialakulásának fő mozgatórugója.

"A hagyományos bölcsesség szerint az OH-t fotokémiával vagy redox kémiával lehet előállítani. A napfénynek vagy a fémeknek kell katalizátorként működniük," - mondta Nizkorodov. "A tanulmány lényegében azt mondja, hogy erre nincs szükség. Magában a tiszta vízben a cseppek felszínén kialakuló speciális körülmények hatására spontán módon OH keletkezhet."

A csapat a Stanford Egyetem tudósainak Richard Zare vezette kutatására épített, amelyben spontán hidrogén-peroxid képződésről számoltak be a vízcseppek felületén. Az új eredmények segítenek értelmezni a Zare-csoport váratlan eredményeit.

A csapat különböző fiolákban mérte az OH-koncentrációkat - némelyik levegő-víz felületet tartalmazott, míg mások csak vizet tartalmaztak levegő nélkül -, és nyomon követték az OH-termelést sötétben egy "szonda" molekulával, amely fluoreszkál, amikor az OH-val reagál.

Azt látták, hogy az OH-termelés sötétben tükrözi például a napfénynek való kitettség mértékét, sőt meg is haladja azt. "Elegendő OH-t fognak létrehozni ahhoz, hogy versenyezzen más ismert OH-forrásokkal," - mondta Nizkorodov. "Éjszaka, amikor nincs fotokémia, az OH továbbra is termelődik, és nagyobb arányban keletkezik, mint egyébként."

Nizkorodov szerint az eredmények megváltoztatják az OH-források megértését, ami megváltoztatja azt, ahogy a kutatók számítógépes modelleket készítenek, amelyek megkísérlik előre jelezni a levegőszennyezés előfordulását.

"Ez elég jelentős mértékben megváltoztathatja a légszennyezési modelleket," - mondta Nizkorodov. "Az OH egy fontos oxidálószer a vízcseppekben, és a modellek fő feltételezése az, hogy az OH a levegőből származik, nem közvetlenül a cseppekben termelődik."

Annak megállapításához, hogy ez az új OH-előállító mechanizmus szerepet játszik-e, Nizkorodov úgy gondolja, hogy a következő lépés az, hogy gondosan megtervezett kísérleteket hajtanak végre a valódi légkörben a világ különböző részein.

Először azonban a csapat arra számít, hogy az eredmények feltűnést keltenek a légkörkutató közösségben.

"Sokan olvasni fogják ezt, de először nem hiszik el, és vagy megpróbálják reprodukálni, vagy kísérletekkel megpróbálják bebizonyítani, hogy tévedtünk," - mondta Nizkorodov. "Ezt biztosan sok laboratóriumi kísérlet követi majd."

Hozzátette, hogy az UCI kiváló hely az ilyen tudományos kísérletek folytatására, mivel az UCI más laboratóriumai, például Ann Marie Carlton kémiaprofesszoré, erőfeszítéseiket a vízcseppek légkörben betöltött szerepére összpontosítják.

Ebben a projektben, amelyet az Európai Kutatási Tanács finanszírozott, a francia Claude Bernard Egyetem, a kínai Guangdong University of Technology és az izraeli Weizmann Intézet kutatói vettek részt. (2)

(1) - https://www.pnas.org/doi/10.1073/
(2) - https://news.uci.edu/2023/04/07/