تشير دراسة جديدة إلى أن ملايين الأطنان من فئة من المواد الكيميائية شديدة التفاعل تسمى الهيدروتريوكسيدات يمكن أن تبقى في الغلاف الجوي لعدة ساعات - مما قد يكون له آثار على صحة الإنسان والمناخ العالمي.
تتفاعل المواد الكيميائية مع المركبات الأخرى بسرعة كبيرة ، ووجودها يعني أنه سيتعين على الكيميائيين إعادة التفكير في كيفية حدوث العمليات في الغلاف الجوي.
ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن الهيدروتريوكسيدات - المركبات الكيميائية التي تحتوي على ذرة الهيدروجين وثلاث ذرات أكسجين - كانت غير مستقرة جدًا بحيث لا تدوم طويلاً في ظل الظروف الجوية.
لكن البحث الجديد يظهر بدلاً من ذلك أن الهيدروكسيدات هي نتاج منتظم للعديد من التفاعلات الكيميائية الشائعة ، ويمكن أن تظل مستقرة بما يكفي للتفاعل مع المركبات الأخرى في الغلاف الجوي.
قال Henrik Grum Kjærgaard ، الكيميائي في جامعة كوبنهاغن ، لـ Live Science:"لقد أظهرنا أن عمر أحدهم كان 20 دقيقة على الأقل". "هذه فترة طويلة بما يكفي بالنسبة لهم للقيام بأشياء في الغلاف الجوي."
Kjærgaard هو أحد مؤلفي دراسة جديدة حول تكوين الهيدروكسيد في الغلاف الجوي نُشرت على الإنترنت في 26 مايو / أيار في Journal Science (يفتح في علامة تبويب جديدة).
الاكتشاف لا يعني أن شيئًا جديدًا يحدث في الغلاف الجوي ؛ بدلاً من ذلك ، يبدو أن الأكاسيد المائية قد تكونت دائمًا هناك. لكن الدراسة الجديدة هي المرة الأولى التي يتم فيها التحقق من وجود هذه المواد الكيميائية فائقة التفاعل في الغلاف الجوي.
"يمكننا الآن أن نظهر ، من خلال الملاحظة المباشرة ، أن هذه المركبات تتشكل في الواقع في الغلاف الجوي ، وأنها مستقرة بشكل مدهش وتتشكل من جميع المركبات الكيميائية تقريبًا ،" جينغ تشين ، طالب الدكتوراه بجامعة كوبنهاغن ، المؤلف الثاني للدراسة قال في بيان (يفتح في علامة تبويب جديدة). "يجب الآن وضع حد لكل التكهنات".
المؤكسدات القوية
هيدروتريوكسيدات هي نوع من بولي أكسيد الهيدروجين. الماء هو بولي أكسيد الهيدروجين الأبسط والأكثر شيوعًا ، حيث يحتوي على ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين واحدة ، أو H2O.
بولي أكسيد الهيدروجين الآخر هو بيروكسيد الهيدروجين ، الذي يحتوي على ذرتين من الأكسجين - H2O2 - ويستخدم بشكل شائع كمبيض أو مطهر. كما أن ذرة الأكسجين الزائدة تجعل العديد من البيروكسيدات قابلة للاشتعال بشدة ، وتستخدم أحيانًا كعنصر من مكونات وقود الصواريخ.
تعتبر Hydrotrioxides مرحلة أخرى ، حيث تحتوي على ثلاث ذرات أكسجين مرتبطة ببعضها البعض ، مما يجعلها أكثر تفاعلًا من البيروكسيدات. لقد تمت كتابتها كيميائيًا كـ ROOOH ، حيث R هي أي مجموعة مرتبطة ، مثل مجموعة الكربون.
ولكن في حين أنه من المعروف أن البيروكسيدات يمكن أن تتشكل من التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي ، إلا أنه لم يكن معروفًا من قبل أن الأكاسيد المائية يمكن أن تتشكل هناك أيضًا ، وإن كان ذلك لفترة قصيرة نسبيًا قبل أن تتحلل إلى مواد كيميائية أقل تفاعلًا.
في الدراسة الجديدة ، قدر الباحثون أن حوالي 11 مليون طن (10 ملايين طن متري) من الهيدروكسيدات تتشكل في الغلاف الجوي كل عام كنتاج لواحد من أكثر التفاعلات شيوعًا:أكسدة الأيزوبرين ، وهي مادة تنتجها العديد من النباتات و الحيوانات وهو المكون الرئيسي للمطاط الطبيعي.
يقدر الباحثون أن حوالي 1 ٪ من الأيزوبرين المنطلق في الغلاف الجوي يشكل أكاسيد هيدروجينية ، وأنه يتم إنتاجها من هذه التفاعلات بتركيزات منخفضة جدًا - حوالي 10 ملايين جزيء هيدروتريوكسيد في سنتيمتر مكعب من الغلاف الجوي ، وهو مجرد أثر خافت جدًا.
"نحن سعداء للغاية لأننا تمكنا من إظهار أن [هيدروتريوكسيدات] موجودة وأنهم يعيشون لفترة طويلة بما يكفي ليكون - على الأرجح - مهمين في الغلاف الجوي" ، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي للدراسة Torsten Berndt ، عالم كيمياء الغلاف الجوي في معهد لايبنتز من أجل أبحاث التروبوسفير (TROPOS) في لايبزيغ ، ألمانيا ، أخبر Live Science في رسالة بريد إلكتروني.
تجارب الغلاف الجوي
قاد بيرندت التجارب المعملية البحثية في TROPOS لاكتشاف ما إذا كانت الهيدروكسيدات تنتج بالفعل عن طريق التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي ، بينما درس فريق جامعة كوبنهاغن الجوانب النظرية لكيفية تشكل الهيدروكسيدات.
استخدم بيرندت وزملاؤه مقياس الطيف الكتلي الحساس للغاية لاكتشاف الأكاسيد المائية فائقة التفاعل - وهي تقنية يمكنها تحديد الوزن الجزيئي للمواد الكيميائية لمعرفة الذرات التي تتكون منها.
حدثت تفاعلات تكوين الهيدروكسيدات في نظام التدفق الحر للطائرات النفاثة TROPOS (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، مما يخلق تدفقًا للهواء دون عائق بواسطة حدود صلبة.
واستخدمت الدراسة أيضًا نتائج التجارب في غرفة الغلاف الجوي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا.
الآن بعد أن أكدت أبحاثهم أن الهيدروكسيدات تتكون من تفاعلات كيميائية شائعة في الغلاف الجوي ، سيقوم العلماء بعد ذلك بالتحقيق في كيفية تأثير المركبات على صحة الإنسان والبيئة خلال دقائق أو ساعات من النشاط قبل تحلل المركبات ، كما قال بيرندت.
وقال:"من خلال معرفة الكيمياء العضوية ، يمكننا أن نتوقع أن تعمل [هيدروتريوكسيدات] كعامل مؤكسد في الغلاف الجوي". من الممكن أيضًا أن يكون للأكسدة المائية تأثير عندما تتنفس الرئتان هواءًا يحتوي عليها بتركيزات منخفضة جدًا ، "لكن هذا كله تخميني جدًا في الوقت الحالي."
قال بيرندت إن الهيدروتريوكسيدات يمكن أن تخترق أيضًا الهباء الجوي - جزيئات صلبة دقيقة جدًا أو قطرات سائلة معلقة في الغلاف الجوي ، مثل الرماد الناتج عن الانفجارات البركانية أو السخام من الحرائق الكبيرة - وقد تبدأ تفاعلات كيميائية هناك. لكنه قال إن "التحقيقات التجريبية في ذلك صعبة للغاية". "هناك الكثير لتفعله."
