Симбиоз химических процессов в тропосфере с загрязняющими веществами различного происхождения, может изменять состав воздуха и влиять на чистоту окружающей среды, как в локальном, так и в региональном и глобальном масштабе. К такому выводу пришли исследователи из штата Пэн.
Тропосфера – это
часть атмосферы Земли, где загрязнения вызывают все
большую обеспокоенность. В атмосфере
сложный ряд химических реакций может
преобразовать некоторые загрязняющие
вещества так, что они выпадают в виде
осадков на Землю (в виде аэрозольных частицы или
кислотных дождей), и таким образом, очищать
воздух. Другие компоненты остаются в
воздухе, изменяясь снова и снова, вызывая последующие химические реакции.
Загрязнения в городах-мегаполиссах и продукты от сжигания биомассы, включая ацетон и формальдегид, поднятые в верхнюю тропосферу, могут стать доминирующим источником гидроокислов и приводить к эффективному производству озона. Эти соединения могут также переноситься на большие расстояния до выпадения в виде осадков, тем самым, возможно, влияя на химический фон отдаленных областей.
В стратосфере озон служит для защиты жизни от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. На уровне же земной поверхности – это загрязнитель, который вреден для дыхательных путей и вызывает раздражение глаз. Солнечный свет разрушает озон, тем самым способствуя созданию химически активного гидроксильного радикала. Этот радикал служит катализатором для процесса, способствующего удалению загрязняющих веществ из воздуха. Однако когда гидроксильные радикалы разрушают некоторые соединения, они производят другие гидроокислы, которые вступают в реакцию с другими загрязняющими веществами и образуют озон.
Радикал
гидроксила обеспечивает реакцию окисления
в атмосфере, реагируя с химикалиями,
поднимающимися от земной поверхности,
таким образом, создавая новые химические
соединения,
которые более легко удаляются аэрозолями,
облаками и дождем.
Но в процессе окисления, гидроксильные радикалы включают в себя и соединяются с индустриальными загрязнителями - окисями азота, образуется озон. Солнце опять разрушает этот озон, создавая опять радикалы гидроксилов, и начинается новый цикл, который повторяется снова и снова.
Ученые измерили количество гидроксильных и гидропироксильных радикалов в атмосфере в различных областях земного шара в разное время дня. Используя установленное на самолетах оборудование, они брали пробы воздуха в южной части Тихого океана около Гавайских островов, о. Фуджи, о. Tаити и о. Пасхи, по Северному Атлантическому летнему судоходному пути, и планируют рейсы к западной части Тихого океана - к Гонконгу и Токио. Замеры гидроксила и гидропероксильных радикалов отражают состав воздуха, приносящего загрязняющие вещества из Китая и других промышленных стран. Ученые также опробовали воздух из наземных высотных зданий в Мичигане и Хьюстоне (штат Техас).
Чтобы измерить количество этих радикалов, специальное оборудование отбирает пробы воздуха. Затем с помощью лазера возбуждаются гидроксильные радикалы таким образом, чтобы они флуоресцировали. Гидроксильный номер пропорционален этой флюоресценции. Исследователи подсчитывают гидропероксильные радикалы, выпуская окисел азота, который быстро вступает в реакцию с гидропероксилом, в результате чего образуется гидроксильный радикал. Затем они подсчитывают гидроксилы и вычитают тот, который был там перед окисью азота.
Гидроксильный
радикал реагирует с изопреном (природным
органическим соединением, который
продуцируется деревьями) с образованием
радикала углеводородного окисла.
Происходит следующая реакция или нет, зависит от количества окислов
азота в воздухе.
Изопрен в присутствии окислов азота химически активен и может быть источником большого количества озона. Природа химии озона, гидроксильного и гидропероксильного радикалов очень сложна. И даже такие природные органические соединения, как изопрен, при благоприятных условиях могут приносить неожиданные результаты. Наблюдения за уровнями гидроокислов, окислов азота и другими метеорологическими явлениями по областям, столь же различным как город, лес и океан, проливают свет на главные процессы атмосферного окисления, производства озона, окислов азота и гидроокислов.
