Meget følsomme detektionsmetoder tillader stadig dybere indsigt i komplekse kemiske processer i atmosfæren: Forskere ved Leibniz Institute for Tropospheric Research (Tropos) i Leipzig fandt en række nye produktkanaler i en detaljeret produktundersøgelse af den oxidative nedbrydning af isopren i gasfasen, som giver en bedre mekanistisk forståelse af denne vigtige proces til atmosfær kemisk kemi. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation.
Isopren (c5H8), hovedsageligt produceret af løvskove, er en af de vigtigste ikke-methanforbindelser med en årlig emission på ca. 600 millioner tons kulstof frigivet i atmosfæren. Nedbrydningen af isopren finder sted næsten udelukkende i gasfasen via reaktion med OH -radikalen, der betragtes som et oxidativt vaskemiddel for atmosfæren. Dette producerer oprindeligt strukturelt forskellige HO-C5H8O2 Peroxyradikaler, der er i ligevægt med hinanden.
På trods af deres enorme betydning er deres yderligere reaktionsveje endnu ikke fuldt ud forstået. Isoprenreaktioner dominerer gasfaseprocesserne, især i troperne, sammen med metan (CH4) og kulilte (CO).
Eksperimenterne ved Tropos blev udført i et stort strømningssystem ved 1 bar luft- og stuetemperatur. Reaktionskontrollen blev designet på en sådan måde, at produktdannelse kunne overvåges for atmosfæriske koncentrationer af de reaktive mellemprodukter. Meget følsom massespektrometri blev anvendt til selektivt at påvise dannelsen af peroxyradikaler og stabile produkter. Den gode aftale med resultaterne ved hjælp af forskellige ioniseringsordninger bekræftede pålideligheden af resultaterne.
Resultaterne af undersøgelserne i laboratoriet i Leipzig var stort set i overensstemmelse med tidligere viden om nedbrydning af isopren. Dog nogle c4– og c5-Produkter og deres dannelsesveje blev beskrevet for første gang. Af særlig interesse var sporingen af dannelsen af stærkt oxiderede peroxyradikaler af sammensætningen c5H9O8 og c5H9O9som dannes via såkaldte autoxidationsprocesser i en kort tidsskala på sekunder.
“Det molære udbytte af de stærkt oxiderede arter som en funktion af konkurrerende processer er kun 0,3% højst, hvilket synes at være ubetydelig i starten,” siger Dr. Torsten Berndt fra Tropos, der planlagde og udførte eksperimenterne. “Imidlertid gør den enorme emissionshastighed for isopren dannelsen af C5H9O8 og c5H9O9 potentielt meget interessant i en absolut skala. “
For yderligere at vurdere betydningen af disse reaktionsveje blev de derefter implementeret i en global kemi-klima-model. Model -simuleringerne udførte viste, at omkring 4 millioner tons tons stærkt oxiderede isoprenperoxyradikaler (C5H9O8 og c5H9O9) dannes globalt hvert år.
“Interessant nok er de modellerede produktionshastigheder af samme størrelsesorden som dannelsen af de analoge produkter (C10H17O7 og c10H15O8,10) fra oxidation af a-pinen. Denne formationsvej blev tidligere betragtet som den vigtigste proces til dannelse af stærkt oxiderede gasfaseprodukter i atmosfæren, “Tilføj de forskere, der er ansvarlige for den globale modellering, Dr. Erik Hoffmann og Dr. Andreas Tilgner.
I et yderligere reaktionstrin, C5H9O8 og c5H9O9 Radikaler reagerer i atmosfæren hovedsageligt med nitrogenmonoxid (NO) og hydroperoxy -radikaler (HO2). Reaktionen uden fører hovedsageligt til dannelsen af de tilsvarende stærkt oxiderede organiske nitrater, hvis det kemiske C5-struktur bevares. Produktdannelsen i tilfælde af reaktionen med Ho2 er stadig spekulativ og kræver yderligere undersøgelse.
Afslutningsvis understreger forskerne, at de nye forskningsresultater rejser en række spørgsmål. De stærkt oxiderede produkter af isopren kunne påvirke en række processer, såsom vækst af atmosfæriske aerosolpartikler og dannelse af sekundært organisk stof.
Disse processer er tæt knyttet til vigtige aerosol-sky-interaktioner og deres globale klima- og strålende effekter. Derfor er der behov for betydeligt flere undersøgelser for at afklare betydeligt betydningen af de nye oxidationsveje og de resulterende produkter til atmosfæren.