• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • W jaki sposób naturalny klej wpływa na chemię atmosfery

    10.08.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Organiczne związki węgla uwalniane przez drzewa wpływają na jakość powietrza - pokazują wyniki nowych badań naukowych. Naukowcy z Danii, Nowej Zelandii i USA odkryli, że utlenianie węglowodoru zwanego izoprenem skutkuje wytworzeniem produktów fazy gazowej i aerozolowej, które wpływają z kolei na globalne ocieplenie. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Science.

    Izopren (które powstaje naturalnie w roślinach i zwierzętach, i jest prekursorem ozonu) emitowany jest przez wiele drzew liściastych, głównie przez dęby. Globalne emisje izoprenu przez rośliny szacuje się na ponad 500 teragramów rocznie.

    W towarzyszącym artykule dr Tadeusz Kleindienst, chemik atmosfery z amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA), wyjaśnia, że izopren "posiada zapewne najważniejszy skład chemiczny pośród wszystkich pojedynczych niemetanowych węglowodorów". Czas reakcji izoprenu z rodnikami hydroksylowymi (OH), które naukowcy uważają za "detergenty atmosfery", jest bardzo krótki.

    "Mieszanie się emisji miejskich z emisjami roślinnymi powoduje wzajemne ich oddziaływanie, prowadzące do zmiany właściwości chemicznych atmosfery" - wyjaśnia kierownik projektu, Paul Wennberg, profesor chemii atmosfery i nauk o środowisku z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech), USA. "Emisje izoprenu do atmosfery znacznie przewyższają antropogeniczne emisje wszystkich gazów (benzynowe, przemysłowe substancje chemiczne) z ważnymi wyjątkami, którymi są metan i dwutlenek węgla."

    Naukowcy przeprowadzili szereg testów laboratoryjnych pokazujących, że kiedy stężenie tlenku azotu (NO) jest niskie (podobne do poziomu występującego na obszarach w znacznej mierze niezamieszkanych), w wyniku utleniania izoprenu przez OH powstają znaczne ilości hydroksywodoronadtlenku. OH dalej utleniają izopren, aby wytworzyć związki chemiczne zwane dihydroksyepoksydy (znane również jako epoksydy), które są przekształcane na aerozole, występujące w niewielkich ilościach w powietrzu.

    Autor naczelny, Fabien Paulot, absolwent Caltech, wraz z kolegami wytworzył epoksydy, umieszczając izopren i nadtlenek wodoru w worku teflonowym wypełnionym 800 litrami niezanieczyszczonego powietrza. Umieszczenie izoprenu i nadtlenku wodoru (który działał jako źródło OH) przed oświetleniem mieszanki promieniami ultrafioletowymi (UV) wywołało reakcje chemiczne.

    Zdaniem naukowców, powstałe epoksydy są niezwykle rozpuszczalne i łatwo zamieniają się kropelki wilgoci w powietrzu, skutecznie tworząc wysoko organiczne aerozole.

    "Te epoksydy to naturalny klej" - zauważa profesor Wennberg. "Kiedy epoksydy zderzą się z cząstkami kwasowymi, tworzą klej. Epoksydy wytrącają się z atmosfery i przywierają do cząstek, powiększając je, co powoduje obniżenie widoczności w atmosferze."

    Naukowcy podkreślili, że przekształcanie epoksydów w aerozole jest prawdopodobnie bardziej intensywne w zanieczyszczonych środowiskach, ponieważ kwasowość aerozoli jest na ogół wyższa, tam gdzie człowiek prowadzi swoją działalność.

    Zatem jaki jest wpływ tych cząstek na człowieka? Profesor John Seinfeld z Caltechu powiedział, że "wykazano, iż cząstki w atmosferze wpływają na zdrowie człowieka, gdyż są wystarczająco małe, aby przeniknąć głęboko do płuc.

    Aerozole oddziałują również na klimat Ziemi poprzez rozpraszanie i absorpcję promieniowania słonecznego oraz dlatego, że służą za jądro, wokół którego tworzą się chmury. Zatem istotne jest, aby wiedzieć skąd się te cząstki biorą."

    Ostatnie odkrycia mogą pomóc naukowcom w opracowaniu lepszych modeli globalnych reakcji chemicznych gaz-aerozole, co pozwoli lepiej zrozumieć sposób, w jaki izopren działa w niektórych z najodleglejszych części świata.

    "Być może najważniejszym aspektem prac Paulota i kolegów jest ich praktyczny wymiar" - stwierdza dr Kleindienst. "Modele jakości powietrza dotyczące tworzenia się wtórnych aerozoli organicznych, które są wykorzystywane przez instytucje nadzorujące takie jak amerykańska EPA, dają zasadniczo ograniczone możliwości prognozowania, ponieważ opierają się na doświadczeniach, które podają sparametryzowane ilości aerozoli pochodzące z reakcji związków prekursorowych" - napisał.

    "Włączenie mechanizmów chemicznych otrzymanych doświadczalnie przez Paulota i zespół do deterministycznych modeli reakcji chemicznych gaz-aerozole powinno przyczynić się do poprawy ich zdolności przewidywania."

    W badaniach wziął udział również Uniwersytet Kopenhaski, Dania, i Uniwersytet Otago, Nowa Zelandia.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Science:
    http://www.sciencemag.org/

    Kalifornijski Instytut Technologii
    http://www.caltech.edu/

    Źródło danych: Science; Kalifornijski Instytut Technologii
    Referencje dokumentu: Paulot, F. et al. (2009) Unexpected epoxide formation in the gas-phase photooxidation of isoprene. Science, 325, 730-733. DOI: 10.1126/science.1172910.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Aerozole atmosferyczne (pyły zawieszone, drobiny) to ciekłe krople lub stałe cząstki pochodzenia naturalnego jak w przypadku aerozolu soli morskiej lub pyłów mineralnych, albo cząstki produkowane przez człowieka (zanieczyszczenia) jak to jest w przypadku aerozolu kropli lub cząstek stałych siarczanów. Często prekursorami aerozoli atmosferycznych są tlenki siarki i azotu, które są przekształcane w procesach chemicznych i fotochemicznych w aerozole atmosferyczne. Aerosol Characterization Experiments (ACE). Międzynarodowy program badań chemicznych właściwości atmosfery (International Global Atmospheric Chemistry Program – IGAC) zorganizował szereg eksperymentów, które miały na celu zbadanie chemicznych, fizycznych i radiacyjnych właściwości aerozoli. Celem tych eksperymentów było zebranie danych niezbędnych do poprawy globalnych modeli klimatycznych. Pod pojęciem klimat rozumie się średni stan atmosfery i oceanu w skalach od kilku lat do milionów lat. Zmiany klimatu wynikają z czynników zewnętrznych takich jak ilość dochodzącego promieniowania słonecznego lub czynników wewnętrznych takich jak działalność człowieka (zmiany antropogeniczne) lub wpływ czynników naturalnych. W ostatnich latach termin „ogólna zmiana klimatu”, używany jest w kontekście globalnego ocieplenia i wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi, ale rozważane są scenariusze powodujące oziębienie powierzchni Ziemi (np. wywołane odbiciem energii słonecznej od zwiększonej pokrywy chmur lub aerozoli atmosferycznych).

    Globalne zaciemnienie (ang. global dimming) – zjawisko polegające na zaobserwowanej redukcji (średnio o około 5%) promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Proces zaciemniania zarejestrowany został w latach 1961-1990 i miał związek z gromadzeniem się w atmosferze ziemskiej sadzy i aerozoli, powstających przede wszystkim w wyniku działalności człowieka. W dekadzie 1990-2000 zaobserwowano jednak globalne rozjaśnienie (zwłaszcza nad Europą), co powiązano ze spadkiem ilości pyłów w najniższych warstwach atmosfery. Zjawisko zaciemnienia pozostawało długo w sprzeczności z obserwowanym równocześnie globalnym ociepleniem, ponieważ mimo ograniczenia promieniowania słonecznego, w ciągu XX wieku temperatura najniższych warstw atmosfery wciąż rosła. Jednak wyjaśniono tę sprzeczność poprzez przedstawienie tych zjawisk (globalnego zaciemnienia i ocieplenia) jako procesów o przeciwstawnym wpływie na średnią temperaturę na Ziemi. Powietrze (łac. aër) – mieszanina gazów i aerozoli składająca się na atmosferę ziemską. Pojęcie jest stosowane przede wszystkim w odniesieniu do tej części powłoki gazowej, której chemiczny skład jest wyrównany wskutek cyrkulacji gazów w troposferze (zob. homosfera, warstwa o grubości do 100 km), bywa jednak odnoszone również do wszystkich sfer ziemskiej atmosfery, o różnym składzie chemicznym i właściwościach fizycznych.

    Izopren – organiczny związek chemiczny z grupy dienów. Stosowany w przemyśle do otrzymywania jednego gatunku kauczuku syntetycznego (kopolimeru izoprenu i izobutanu). Występuje w dwóch stereochemicznych odmianach - 1,4 cis oraz 1,4 trans, oraz w formie dwóch adduktów (1,2 oraz 3,4). Wynika to z rodzaju syntezy (wolnorodnikowa lub koordynacyjna). Izopren bardzo łatwo ulega fotodegradacji. Masa optyczna atmosfery – wielkość określająca długość drogi optycznej promieniowania w atmosferze. Promieniowanie przechodząc przez atmosferę ulega stopniowemu osłabieniu ze względu na procesy absorpcji oraz rozpraszania. Im dłuższa droga w atmosferze tym osłabienie (atenuacja) jest większe czego konsekwencją jest mniejsza jasność ciał niebieskich blisko horyzontu. Na ogół przez pojęcie masy optycznej atmosfery rozumie się stosunek masy słupa powietrza nachylonego w kierunku danego ciała niebieskiego do masy pionowego słupa powietrza. Tym samym masa optyczna atmosfery dla ciała niebieskiego znajdującego się w zenicie wynosi 1, zaś dla ciała niebieskiego znajdującego się na horyzoncie wynosi około 38. Tym samym promieniowanie jest 38 razy jest silniej osłabiane kiedy ciało niebieskie znajduje się na horyzoncie (propagacja promieniowania w kierunku horyzontalnym) w porównaniu do propagacji promieniowania w kierunku zenitalnym.

    SolarAOT – Prywatna stacja badawcza transferu radiacyjnego, której celem jest badanie wpływu aerozolu na klimat. Akronim SolarAOT pochodzi od Solar Aerosol Optical Thickness – pomiary grubości optycznej aerozolu w obszarze promieniowania krótkofalowego w atmosferze. Stacja została założona w 2003 roku przez Krzysztofa Markowicza. Położona jest na Podkarpaciu na wysokości 433 m n.p.m. w odległości około 5 km od Strzyżowa. Zlokalizowana jest w terenie rolniczym na jednym ze szczytów pasma Góry Niebyleckiej (464 m n.p.m.) Pogórza Dynowskiego. Okolice stacji charakteryzują się małym wpływem miejskich źródeł zanieczyszczeń powietrza związanym ze stosunkowo dużą odległością od aglomeracji miejskich (Rzeszów około 25 km). Wykonywane pomiary mają na celu zrozumienie własności optycznych aerozoli atmosferycznych, badanie wymuszania radiacyjnego aerozole atmosferyczne, monitoring zanieczyszczeń powietrza, monitoring zmian klimatycznych, szacowanie energii wiatru oraz energii promieniowania słonecznego.

    Dodano: 10.08.2009. 15:11  


    Najnowsze