Wissenschaftler entdecken einen Weg, wie sich die Erdatmosphäre selbst reinigt

Menschliche Aktivitäten setzen viele Arten von Schadstoffen in die Luft frei, und ohne ein Molekül namens Hydroxid (OH) würden sich viele dieser Schadstoffe weiterhin in der Atmosphäre ansammeln.

Wie sich OH selbst in der Atmosphäre bildet, wurde als vollständige Geschichte angesehen, aber in neuen Forschungsergebnissen, die in veröffentlicht wurden Proceedings of the National Academy of Sciencesein Forschungsteam, zu dem auch Sergey Nizkorodov, Professor für Chemie an der University of California, Irvine, gehört, berichtet, dass ein starkes elektrisches Feld, das an der Oberfläche zwischen Wassertröpfchen in der Luft und der Umgebungsluft existiert, durch einen bisher unbekannten Mechanismus OH erzeugen kann.

Es ist eine Erkenntnis, die neu formulieren wird, wie Wissenschaftler verstehen, wie sich die Luft von Dingen wie vom Menschen emittierten Schadstoffen und Treibhausgasen reinigt, mit denen OH reagieren und sie eliminieren kann. „Sie brauchen OH, um Kohlenwasserstoffe zu oxidieren, sonst würden sie sich in der Atmosphäre auf unbestimmte Zeit anreichern“, sagte Nizkorodov.

„OH spielt eine Schlüsselrolle in der Geschichte der Atmosphärenchemie. Es leitet die Reaktionen ein, die Luftschadstoffe abbauen, und trägt dazu bei, schädliche Chemikalien wie Schwefeldioxid und Stickstoffmonoxid, die giftige Gase sind, aus der Atmosphäre zu entfernen“, sagte Christian George, ein atmosphärischer Chemiker an der Universität von Lyon in Frankreich und Hauptautor der neuen Studie. „Daher ist ein vollständiges Verständnis seiner Quellen und Senken der Schlüssel zum Verständnis und zur Minderung der Luftverschmutzung.“

Zuvor gingen Forscher davon aus, dass Sonnenlicht der Haupttreiber der OH-Bildung ist.

„Die herkömmliche Meinung ist, dass man OH durch Photochemie oder Redoxchemie herstellen muss. Man muss Sonnenlicht oder Metalle haben, die als Katalysatoren wirken“, sagte Nizkorodov. „Was dieses Papier im Wesentlichen sagt, ist, dass Sie nichts davon brauchen. Im reinen Wasser selbst kann OH spontan durch die besonderen Bedingungen auf der Oberfläche der Tröpfchen erzeugt werden.“

Das Team baute auf Forschungen von Wissenschaftlern der Stanford University unter der Leitung von Richard Zare auf, die über die spontane Bildung von Wasserstoffperoxid auf den Oberflächen von Wassertröpfchen berichteten. Die neuen Erkenntnisse helfen bei der Interpretation der unerwarteten Ergebnisse der Zare-Gruppe.

Das Team maß die OH-Konzentrationen in verschiedenen Fläschchen – einige enthielten eine Luft-Wasser-Oberfläche und andere nur Wasser ohne Luft – und verfolgten die OH-Produktion im Dunkeln, indem sie ein „Sonden“-Molekül in die Fläschchen einschlossen, das fluoresziert, wenn es mit OH reagiert.

Was sie sahen, war, dass die OH-Produktionsraten in der Dunkelheit diese widerspiegeln und sogar die Raten von Treibern wie Sonneneinstrahlung übersteigen. „Es wird genug OH entstehen, um mit anderen bekannten OH-Quellen konkurrieren zu können“, sagte Nizkorodov. „Nachts, wenn es keine Photochemie gibt, wird immer noch OH produziert und es wird mit einer höheren Rate produziert, als dies sonst der Fall wäre.“

Die Ergebnisse, berichtete Nizkorodov, verändern das Verständnis der Quellen von OH, etwas, das die Art und Weise verändern wird, wie andere Forscher Computermodelle erstellen, die versuchen, vorherzusagen, wie Luftverschmutzung passiert.

„Es könnte Luftverschmutzungsmodelle ganz erheblich verändern“, sagte Nizkorodov. „OH ist ein wichtiges Oxidationsmittel in Wassertröpfchen, und die Hauptannahme in den Modellen ist, dass OH aus der Luft stammt und nicht direkt im Tröpfchen erzeugt wird.“

Um festzustellen, ob dieser neue Mechanismus zur OH-Produktion eine Rolle spielt, besteht der nächste Schritt nach Ansicht von Nizkorodov darin, sorgfältig geplante Experimente in der realen Atmosphäre in verschiedenen Teilen der Welt durchzuführen.

Aber zuerst erwartet das Team, dass die Ergebnisse in der Gemeinschaft der Atmosphärenforschung für Aufsehen sorgen werden.

„Viele Leute werden dies lesen, aber zunächst nicht glauben und entweder versuchen, es zu reproduzieren oder Experimente durchführen, um zu beweisen, dass es falsch ist“, sagte Nizkorodov. „Es werden sicher viele Laborexperimente folgen.“

Er fügte hinzu, dass die UCI ein erstklassiger Ort für die Fortsetzung dieser Wissenschaft ist, da andere Labore an der UCI, wie das von Ann Marie Carlton, Professorin für Chemie, ihre Bemühungen auf die Rolle konzentrieren, die Wassertröpfchen in der Atmosphäre spielen.