Човешката дейност отделя много видове замърсители във въздуха и без хидроксилни радикали (OH), много от тези замърсители биха продължили да се натрупват в атмосферата.

Как се образуват самите OH в атмосферата? Съвременната представа се основава главно на известни масови химични и фотохимични процеси.

Но ново изследване съобщава, че силно електрическото поле, което съществува на повърхността между водните капчици във въздуха и околния въздух, може да създаде OH чрез неизвестен досега механизъм.

Това е находка, която променя начина, по който учените разбират как въздухът се изчиства от неща като емитираните от човека замърсители и парникови газове, с които OH може да реагира и да ги елиминира.

„Нуждаем се от OH, за да окислим въглеводородите, в противен случай те биха се натрупали в атмосферата за неопределено време“, коментира Сергей Низкородов (Sergey Nizkorodov), професор по химия от Калифорнийския университет в Ървайн, част от екипа на изследването, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences. 

„OH има ключова роля в историята на атмосферната химия. Той инициира реакциите, които разграждат замърсителите във въздуха и помага за отстраняването на вредни химикали като серен диоксид и азотен оксид , които са отровни газове, от атмосферата“, обяснява Кристиан Джордж (Christian George), атмосферен химик в Университета в Лион във Франция и водещ автор на новото изследване. „По този начин пълното разбиране на неговите източници и поглътители е от ключово значение за разбирането и смекчаването на замърсяването на въздуха.“

Досега изследователите са приемали, че слънчевата светлина е главният двигател на образуването на OH.

„Общоприетото мнение е, че ОН се създават чрез фотохимия или редокс химия. Трябва да има слънчева светлина или метали, действащи като катализатори“, посочва Низкородов. „Това, което се казва в този документ, по същество е, че не се нуждаем от това. В самата чиста вода OH може да се създаде спонтанно от специалните условия на повърхността на капчиците.“

Екипът се основава на изследване на учени от Станфордския университет, ръководени от Ричард Заре (Richard Zare), които съобщават за спонтанно образуване на водороден пероксид върху повърхностите на водни капчици. Новите открития помагат да се интерпретират неочакваните резултати от групата на Заре.

Екипът измерва концентрациите на ОН в различни флакони - някои от тях съдържат въздушно-водна повърхност, а други - само вода без въздух - и проследява производството на ОН на тъмно, като включва във флаконите молекула "сонда", която флуоресцира при реакция с ОН.

Установено е, че темповете на производство на ОН в тъмнината са идентични и дори надвишават темповете на производство на ОН от фактори като излагане на слънчева светлина. "Ще се създаде достатъчно ОН, за да се конкурира с други известни източници на ОН", отбелязва Низкородов. "През нощта, когато няма фотохимия, OH все още се произвежда и то с по-висока скорост, отколкото би се получило при други обстоятелства."

Откритията, съобщава Низкородов, променят разбирането за източниците на ОН - нещо, което ще промени начина, по който други изследователи изграждат компютърни модели, които се опитват да прогнозират как се случва замърсяването на въздуха.

"Това би могло да промени моделите за замърсяване на въздуха доста съществено", коментира Нискородов. "ОН е важен окислител вътре във водните капки и основното предположение в моделите е, че ОН идва от въздуха, а не се произвежда директно в капката."

За да се определи дали този нов механизъм за производство на ОН играе роля, Низкородов смята, че следващата стъпка е да се проведат внимателно планирани експерименти в реалната атмосфера в различни части на света.

Но преди това екипът очаква резултатите да предизвикат сензация в общността на атмосферните изследователи.

"Много хора ще прочетат това, но първоначално няма да повярват и или ще се опитат да го възпроизведат, или ще се опитат да направят експерименти, за да докажат, че не е вярно", коментира Низкородов. "Със сигурност ще има много лабораторни експерименти, които ще проследят това."

Kangwei Li et al, Spontaneous dark formation of OH radicals at the interface of aqueous atmospheric droplets, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2220228120

Scientists discover a way Earth's atmosphere cleans itself, University of California, Irvine