Forskere opdager uventede bivirkninger ved at rense byluften

En ubalance mellem tendenserne i to almindelige luftforurenende stoffer udløser uventet skabelsen af ​​en klasse af luftbårne organiske forbindelser, der normalt ikke findes i atmosfæren over byområder i Nordamerika, ifølge en ny undersøgelse fra Caltech.

I årtier, bestræbelser på at reducere luftforurening har ført til renere luft i amerikanske byer som Los Angeles, med efterfølgende forbedringer i folkesundheden. Disse bestræbelser har rettet sig mod både nitrogenoxider og kulbrinter. Nitrogenoxid er en forbindelse af nitrogen og oxygen, der udsendes fra motorer (især dem, der drives af dieselbrændstof) og fra kulkraftværker. Kulbrinter, i mellemtiden, er familien af ​​molekyler lavet af at kæde brint og kulstof sammen. Disse molekyler udsendes fra mange kilder, herunder benzindrevne biler, lastbiler, opløsningsmidler, rengøringsmidler, der bruges både i hjemmet og i industrielle omgivelser, og endda træer.

En måde forskerne sporer de skiftende hastigheder for nitrogenoxidemissioner og kulbrinteemissioner på er ved at undersøge forholdet mellem niveauerne af ikke-methan atmosfæriske kulbrinter og nitrogenoxid (methan, en kraftig drivhusgas, spores separat). Fra 1987 og 1997, dette forhold faldt med en faktor to.

Reguleringer, der sigter mod at forbedre luftkvaliteten i byområder som Los Angeles, har gjort hurtige fremskridt med at reducere nitrogenoxid- og kulbrinteemissioner. Efterhånden som gamle biler er blevet taget af gaden til fordel for renere nye biler, og diesellastbiler er blevet eftermonteret eller udskiftet, Udledningen af ​​nitrogenoxid er faldet hurtigt. Sammenlignet med 1970-modeller, nye biler og lastbiler producerer omkring 99 procent færre almindelige forurenende stoffer, ifølge Miljøstyrelsen. I løbet af det sidste årti, for eksempel, mængden af ​​nitrogenoxid i Los Angeles luft er faldet med det halve.

Luftforureningsregler har også ført til reduktioner i kulbrinteemissioner, men disse fald er aftagende. Kulbrinter kommer fra en række forskellige kilder, gør det sværere at slå ned på dem. For eksempel, disse forbindelser frigives af de totaktsmotorer, der bruges i løvblæsere og plæneklippere - udstyr, der har en tendens til at blive i drift længere end biler og er underlagt færre regler.

Det kraftige fald i nitrogenoxidniveauet sammenlignet med det langsommere fald i kulbrinter er vigtigt:ifølge en ny undersøgelse ledet af Caltechs Paul Wennberg og Københavns Universitets Henrik Kjærgaard, denne forskel kan føre til produktion af kemikalier kaldet organiske hydroperoxider.

Organiske hydroperoxider findes allerede i naturen. I landdistrikter og andre regioner, der mangler store mængder motorudstødning - og derfor steder, hvor nitrogenoxidniveauerne er ekstremt lave - kan molekylerne dannes, når træer afgiver flygtige organiske forbindelser, som derefter interagerer med sollys.

Holdet ledet af Wennberg fandt, imidlertid, at der er en anden kemisk vej til dannelse af organiske hydroperoxider - en der forekommer ved nitrogenoxidniveauer væsentligt højere, end der kan findes i atmosfæren over ubefolkede områder. "Dette er kemi, der ikke findes i nogen af ​​modellerne for, hvordan nitrogenoxid og kulbrinter interagerer, " siger Wennberg, Caltechs R. Stanton Avery professor i atmosfærisk kemi og miljøvidenskab og teknik og direktør for Ronald og Maxine Linde Center for Global Environmental Science.

Væsentligt, de atmosfæriske nitrogenoxidkoncentrationer over Los Angeles og i byområder over hele landet falder nu til de niveauer, hvor denne proces - kaldet gasfase-autoxidation - finder sted.

Gasfaseautooxidation finder sted, når der ikke er nok nitrogenoxidmolekyler til, at kulbrinter kan reagere med. Som resultat, kulbrintemolekyler reagerer med sig selv. Gasfaseautooxidation er blevet observeret i andre omgivelser - f.eks. processen kan danne hudirriterende organiske hydroperoxider i visse kosmetiske produkter, der er blevet dårlige og får smør til at harske og vin til at fordærve. Men forskere havde troet, at det ikke kunne forekomme i atmosfæren, givet nuværende urbane nitrogenoxidkoncentrationer. Wennberg og kolleger har fundet noget andet.

"Da disse nitrogenoxidkoncentrationer falder med endnu en faktor to i løbet af de næste fem til syv år, vi vil begynde at lave flere og flere organiske hydroperoxider i byområder, " siger Wennberg. I luften, disse hydroperoxider er kendt for at danne partikler - aerosoler. "Problemet er, at vi ikke har set store koncentrationer af hydroperoxider i tæt befolkede områder, så vi ved ikke, hvordan dannelsen af ​​gas og aerosolhydroperoxider vil påvirke folkesundheden. Men vi ved, at indånding af partikler har tendens til at være dårligt for dig, " han siger.

Wennberg og Kjaergaards resultater vil blive offentliggjort online af Proceedings of the National Academy of Sciences i ugen den 18. december.