Påvisning af en ny reaktionsvej i atmosfæren

Forskere har nu observeret en særlig hurtig type parproduktion i laboratoriet:Kulbrinter fordobles, når to peroxylradikaler reagerer med hinanden. Det betyder, at der dannes stabile produkter med kulstofskelettet af begge peroxylradikaler, som meget sandsynligt vil have en peroxidstruktur. Bevis for denne reaktionsvej er nu blevet mulig ved hjælp af den nyeste måleteknologi. Forskere fra Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) og universiteterne i Innsbruck og Helsinki præsenterer deres resultater i det aktuelle nummer af tidsskriftet Angewandte Chemie . De nye resultater vil spille en vigtig rolle i at forbedre vores forståelse af nedbrydningsvejene for kulbrinter i atmosfæren. De hurtigt dannede reaktionsprodukter er normalt meget ikke-flygtige og er forløbere for den sekundære organiske aerosol, hvilket er vigtigt for jordens klima.

Kulbrinter betragtes som byggesten i liv, ved at kombinere grundstofferne kulstof og brint for at give anledning til millioner af forskellige kemiske forbindelser. Ud over metan, disse organiske forbindelser omfatter også en lang række andre gasser, der spiller en vigtig rolle i atmosfæren. Globale emissioner af disse ikke-methankulbrinter fra vegetation og menneskelige aktiviteter anslås til omkring 1,3 milliarder tons om året. Det er derfor vigtigt at kende deres nedbrydningsprocesser og de produkter, de producerer.

Atmosfærisk nedbrydning initieres af oxidationsmidler såsom ozon eller OH-radikaler ("det atmosfæriske rengøringsmiddel"), hvilket næsten udelukkende resulterer i peroxylradikaler som stærkt reaktive mellemprodukter, der kan fortsætte med at reagere hurtigt med nitrogenoxid (NO) eller andre peroxylradikaler. Indtil nu, det er blevet antaget, at dannelsen af ​​akkretionsprodukter fra reaktionen af ​​to peroxylradikaler er ubetydelig, som kan føres tilbage til fund fra 60'erne og 70'erne. De nye eksperimenter kombineret med de nødvendige kinetiske målinger fører nu til den konklusion, at dannelsen af ​​de ikke-flygtige reaktionsprodukter er signifikant under alle atmosfæriske forhold. "Det er fascinerende at kunne følge dannelsen af ​​peroxylradikaler og deres reaktionsprodukter online i massespektrometeret. Dette giver os et direkte indblik i de elementære processer under en kemisk reaktion, " rapporterede Dr. Torsten Berndt fra TROPOS.

På TROPOS i Leipzig, holdet lykkedes med at demonstrere denne proces i laboratorieforsøg ved hjælp af et specielt flowapparat, der tillader interferensfrie eksperimenter med gasfasereaktioner ved atmosfærisk tryk. Nye massespektrometriske teknikker udviklet i Innsbruck og Leipzig blev brugt her for første gang. I den massespektrometriske analyse, den undersøgte forbindelse ioniseres og identificeres derefter ved masse-til-ladning-forholdet. De anvendte skånsomme ioniseringsmetoder tillader følsom påvisning af peroxylradikaler og deres reaktionsprodukter med en detektionsgrænse på op til 1 ppqV. Med denne teknik, det er nu muligt pålideligt at bestemme et specifikt molekyle i en blanding af en kvadrillion (1015) molekyler.

Identifikationen af ​​denne nye reaktionsvej i atmosfæren er af stor betydning for klimaforskningen, da det er endnu en brik i puslespillet i jagten på endnu ikke fuldt forståede kilder i dannelsen af ​​den sekundære organiske aerosol og den efterfølgende skydannelse. Indtil nu, skyer er stadig det store ukendte i klimasystemet. Selv den seneste rapport fra Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ser skyer som den største usikkerhedsfaktor i fremtidens klimascenarier. De nye fund kan føre til mere præcise skøn over det klimarelaterede bidrag fra vegetation og dermed forskellige former for arealanvendelse.