Efterhånden som røgen fra skovbrande ældes i atmosfæren, øges dens toksicitet

Naturligt forekommende naturbrande skaber store røgfaner, der transporteres flere hundrede kilometer væk i atmosfæren, hvilket udsætter mange mennesker for forurenende stoffer, der påvirker folkesundheden.

Hvert år, tusindvis af hektar jord er opslugt af skovbrande over hele kloden. Bare i løbet af de første tre kvartaler af 2020, mere end 2,6 millioner hektar i det vestlige USA er blevet fortæret af brande. Som biomassen i træer, buske, græs, og tørv brændes, store mængder røg, sod, og andre forurenende stoffer udledes til atmosfæren. Røgen kan derefter stige adskillige kilometer i højden og sprede sig over store kontinentale regioner, forurener luften i fjerne områder. For eksempel, mange indbyggere i Californiens stater, Washington og Oregon har for nylig oplevet den dårlige luftkvalitet af diset røg.

Kemiprofessor Marcelo Guzman ved University of Kentucky leder et forskningsprojekt fra National Science Foundation, som studerer, hvordan emissioner fra biomasseafbrænding, herunder skovbrande, ændre sig med tiden i atmosfæren for at skabe nye kemikalier, der påvirker sundheden i samfund og klimaet på Jorden. Guzman, sammen med kandidatstuderende Sohel Rana, omhyggeligt studeret i laboratoriet den heterogene atmosfæriske kemi af methoxyphenoler, som er blandt de mest udbredte molekyler, der udsendes under biomasseafbrænding. Holdet fremhævede, at når methoxyphenoler reagerer ved grænseflader, det vil sige på overfladen af ​​skyer og tågevand samt aerosolpartikler fra forurening, elektron- og protonoverførselsprocesser foretrækkes til hurtigt at omdanne aromatiske molekyler til meget vandopløselige produkter.

'Når man ser på de mekanismer, som disse methoxyphenoler gennemgår, når de udsættes for baggrunds-ozongas og frie hydroxylradikaler under atmosfærisk transport, du kan begynde at forklare den almindelige observation af multifunktionelle carboxylsyrer som rigelige arter i en masse partikler i den luft, vi indånder. Rapporten identificerer unikke reaktionskanaler, der kan bruges til at skelne bidraget fra atmosfærisk forarbejdning af biomasseforbrændingsemissioner over andre mulige kilder til multifunktionelle carboxylsyrer, sagde prof. Guzman. "Værket er ikke kun fundamentalt interessant, men identificerer specifikke signaturer for dagtimernes transformation af methoxyphenoler, der udsendes fra skovbrande, når de ældes i atmosfæren."

At gøre dette, forskerne har brugt et specielt instrument i laboratoriet, der gentager den hurtige reaktion mellem methoxyphenol-markørerne for biomasseforbrænding og ozongas i luftens grænseflade med vanddråber i mikrometerstørrelse. De varierer derefter koncentrationerne og surhedsgraden i eksperimenterne for at se, hvordan grænsefladekemien ændrer sig for forskellige forhold, der forekommer i miljøet.

'Vi forsøger at forstå de dominerende transformationer af methoxyphenolerne fra røg i atmosfæren, bestemme deres levetid, og fastslå, hvordan de kemisk udvikler sig ved grænseflader, sagde prof. Guzman. 'Vi ønsker at bidrage med ny forståelse af deres indvirkning på menneskers sundhed og klima. Er de gamle molekyler mere giftige? Hvordan bidrager de strukturelle ændringer af molekylerne til at skabe partikler, der interagerer med sollys, der påvirker klimaet?'

Et centralt fund af arbejdet er, at materiale frigivet fra skovbrande kan blive mere vandopløseligt og sandsynligvis giftigt i løbet af de to uger, røgen kan transporteres i atmosfæren. Mens de er i luften, reagerer methoxyphenolerne i røgen med ozon og hydroxylradikaler for at blive oxideret og meget reaktive. En person, der trækker vejret i disse reaktive forbindelser, kan lide oxidativ beskadigelse af celler, især i luftvejene og lungerne. Ud over, disse reaktive forbindelser kan gøre nogle mennesker mere tilbøjelige til andre sundhedsproblemer.

Prof. Guzman udtaler også, at karakterisering af den kemiske behandling af forurening fra naturbrande og husholdningsbrændefyring kan være med til at afgøre, om det såkaldte brune kulstof i sod, der udledes fra brande, bidrager til at absorbere mere varme fra solen eller ej. "Mens de mange små molekyler i brunt kulstof hurtigt kan fotobleges, de større molekyler er langt mere modstandsdygtige, muligvis bidrage til at varme atmosfæren op, ' han sagde.