Umiditatea redirecționează chimia nocturnă a poluanților din fum
Cercetătorii Md. Sohel Rana și Marcelo I. Guzman de la Universitatea din Kentucky au arătat că umiditatea relativă poate schimba fundamental direcția reacțiilor chimice prin care compușii fenolici din fumul de biomasă se transformă în timpul nopții. Studiul, publicat în Environmental Science & Technology, analizează modul în care catecolul — un compus fenolic asociat arderii biomasei — reacționează cu radicalii nitrat (NO₃), oxidanți atmosferici importanți pe timp de noapte, pe măsură ce condițiile trec de la aer uscat la aer tot mai umed.
În condiții uscate, oxidarea prin radicali nitrat favorizează nitrarea și oligomerizarea. O lucrare înrudită a acelorași autori, publicată în ACS Earth and Space Chemistry, a identificat în aceste condiții nitrocatecoli, dinitrocatecoli, compuși oligomerici și produși de oxidare de generație superioară, însoțiți de o absorbție puternică în ultravioletul apropiat, caracteristică cromoforilor din carbonul brun.
Pe măsură ce umiditatea relativă crește, însă, echilibrul reacțiilor se schimbă. Noul studiu arată o tranziție de la chimia dominată de nitrare și oligomerizare către fragmentarea oxidativă a inelului aromatic și formarea unor produși puternic oxigenați, inclusiv acizi dicarboxilici. Apa nu diluează pur și simplu materialul care reacționează și nici nu îl însoțește pasiv: ea modifică setul de căi chimice care devin importante în oxidarea nocturnă a catecolului.
Această distincție contează pentru că cele două căi produc material organic diferit din punct de vedere chimic. Produșii nitroaromatici și oligomerici generați în condiții uscate pot contribui la formarea carbonului brun care absoarbe lumina, ceea ce leagă chimia nocturnă de proprietățile optice ale particulelor atmosferice. Lucrări anterioare din același program de cercetare au arătat că oxidarea heterogenă a catecolului prin radicali nitrat oferă o rută nocturnă eficientă către nitrocatecoli, oligomeri și carbon brun.
Pentru a descifra căile concurente, Rana și Guzman au combinat spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier și spectroscopia UV-vizibil cu măsurători complementare de spectrometrie de masă. Urmărirea compusului inițial și a produșilor săi în diferite condiții de umiditate le-a permis cercetătorilor să construiască o imagine moleculară a modului în care chimia se schimbă pe măsură ce apa devine tot mai disponibilă.
Rezultatele adaugă un nou nivel înțelegerii chimiei atmosferice a arderii biomasei. Compușii fenolici eliberați în fum nu încetează să reacționeze odată cu dispariția luminii solare; noaptea, chimia radicalilor nitrat oferă o altă rută pentru transformarea lor. Dacă lucrările anterioare ale grupului au stabilit formarea nitrocatecolilor, oligomerilor și carbonului brun din catecol în condiții nocturne uscate, noul studiu arată acum că umiditatea poate redirecționa această chimie către o fragmentare oxidativă mai pronunțată.
Această sensibilitate la apă are consecințe atmosferice potențial importante. Panășii de fum pot traversa medii cu umidități relative foarte diferite pe parcursul transportului lor. În consecință, compuși organici asemănători rezultați din arderea biomasei ar putea urma traiectorii chimice nocturne diferite, în funcție de condițiile pe care le întâlnesc. Aceste diferențe pot influența în cele din urmă compoziția moleculară și absorbția luminii în funcție de lungimea de undă a aerosolilor organici îmbătrâniți.
În loc să fie tratată ca o simplă variabilă de fundal atmosferică, umiditatea relativă ar trebui considerată un factor activ care guvernează evoluția chimică a compușilor din arderea biomasei în timpul îmbătrânirii nocturne, sugerează autorii. Studierea altor compuși fenolici din arderea biomasei indică de asemenea că efectul umidității este relevant dincolo de catecol. Cercetarea contribuie totodată la efortul mai amplu de înțelegere a proceselor atmosferice care au loc în afara chimiei de oxidare diurne, mai bine cunoscute. Prin clarificarea modului în care umiditatea schimbă căile moleculare concurente, studiul oferă informații mecanistice care pot ajuta la legarea măsurătorilor de laborator ale reacțiilor nocturne de compoziția și proprietățile optice în evoluție ale aerosolilor rezultați din arderea biomasei în atmosferă.
