Hoe meet je een chemische verbinding die minder dan een seconde in de atmosfeer blijft?

Dat is de vraag die atmosferische chemici al tientallen jaren proberen te beantwoorden. De verbinding:hydroxylradicalen - ook bekend als OH-radicalen. Deze oxiderende chemicaliën zijn van vitaal belang voor de delicate chemische balans van de atmosfeer, fungeren als natuurlijke luchtwassers om organische verbindingen en broeikasgassen zoals formaldehyde en methaan uit de atmosfeer te verwijderen. Maar OH-radicalen initiëren ook reacties die leiden tot secundaire verontreinigende stoffen die de menselijke gezondheid en het klimaat beïnvloeden, zoals organische fijnstof en ozon.

Onderzoekers hebben gedebatteerd over de vraag of verontreinigende stoffen die worden uitgestoten door menselijke activiteiten, in het bijzonder stikstofoxiden (NOx), kan de niveaus van OH-radicalen in een ongerepte atmosfeer beïnvloeden, maar het kwantificeren van die relatie was moeilijk. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben het effect van NOx-vervuiling op OH-radicalen in het Amazone-regenwoud gekwantificeerd.

Het onderzoek is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Hoewel een afgelegen en schijnbaar dunbevolkt regenwoud misschien een vreemde plek lijkt om de effecten van menselijke vervuiling te bestuderen, de Amazone is eigenlijk de thuisbasis van een van de snelst groeiende steden ter wereld:Manaus, Brazilië. Manaus, met meer dan 2 miljoen mensen, heeft een hausse gezien in een reeks industrieën, van aardolieraffinage en chemische productie tot productie van mobiele telefoons, scheepsbouw en toerisme.

Die groei heeft geleid tot aanzienlijke hoeveelheden vervuiling die in de atmosfeer is vrijgekomen en wanneer deze met de wind mee beweegt en de ongerepte lucht uit het regenwoud ontmoet, het creëert een echt laboratorium voor atmosferische chemici. Dat laboratorium is de perfecte plek om de impact van vervuiling op OH-concentraties te bestuderen, omdat het gemakkelijk is om niet-verontreinigde regionale lucht te onderscheiden, uit de lucht die over Manaus was gepasseerd.

"Omdat we onvervuilde lucht konden contrasteren met vervuilde lucht, dit onderzoek heeft ons een geweldige kans gegeven om te begrijpen hoe vervuiling door menselijke activiteit de atmosferische chemie zal beïnvloeden, vooral met de voortgaande verstedelijking van beboste gebieden, " zei Yingjun Liu, een voormalig afgestudeerde student aan SEAS en eerste auteur van het papier.

De onderzoekers maten niveaus van isopreen, een chemische verbinding die van nature door bomen wordt uitgestoten, evenals niveaus van belangrijke OH-oxidatieproducten van isopreen. Naarmate de OH-concentratie toeneemt, de verhouding van oxidatieproducten tot isopreen neemt toe in de atmosfeer. De onderzoekers waren in staat om OH-concentraties af te leiden uit de gemeten product-tot-ouderverhouding, met behulp van een delicaat model dat rekening hield met veel verstorende factoren.

De onderzoekers verzamelden gegevens in het regenwoudgebied, ongeveer 70 km benedenwinds van Manaus, tijdens de natte en droge seizoenen van 2014. De onderzoekers ontdekten dat de toename van de NOx-concentratie door stedelijke vervuiling, overdag piek OH-concentraties in het regenwoud schoten omhoog, met minimaal 250 procent toenemen.

"Ons onderzoek toont aan dat de oxidatiecapaciteit boven tropische bossen gevoelig is voor antropogene NOx-emissies, " zei Schot Martin, de Gordon McKay Professor of Environmental Science and Engineering en Professor of Earth and Planetary Sciences bij SEAS en senior auteur van het artikel. "In de toekomst, als de trends van ontbossing en verstedelijking zich voortzetten, deze verhoogde niveaus van OH-concentraties in de Amazone-atmosfeer kunnen leiden tot veranderingen in de atmosferische chemie, wolkenvorming, en regen."