Voor de eerste keer, onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben broomatomen in de atmosfeer ontdekt, en daarbij, hebben het reactiepad bevestigd waardoor kwik uit de atmosfeer wordt verwijderd en het ecosysteem in het lentepoolgebied binnendringt.

Kwik is een bijzonder giftige verontreinigende stof die grotendeels wordt uitgestoten door menselijke activiteiten zoals kolencentrales. Omdat het een lange levensduur heeft - wat betekent dat het niet reageert met veel verbindingen in de atmosfeer - verzamelt het zich in afgelegen gebieden zoals het noordpoolgebied, volgens UM-chemicus Kerri Pratt.

Kwik kan een ernstig gevaar voor de volksgezondheid vormen. Wanneer het het ecosysteem binnenkomt, het hoopt zich op in vissen. Hoe verder de vis zich in de voedselketen bevindt, hoe meer kwik het accumuleert.

Onderzoekers vermoeden al lang dat broom reageert met ozon, een broeikasgas, en kwik, maar niemand had broomatomen in de atmosfeer gemeten. Senior auteur Pratt en haar team, waaronder eerste auteur Siyuan Wang, nu een postdoctoraal onderzoeker van het Advanced Study Program bij het National Center for Atmospheric Research, hebben hun resultaten gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Science .

"Onze bevindingen hebben implicaties over de hele wereld, " zei Pratt, de Seyhan N. Ege universitair docent scheikunde. "Hoewel deze chemie het meest voorkomt in het noordpoolgebied, de reacties met kwik vinden plaats in de bovenste troposfeer van de tropen en ook op andere mariene locaties. De reactie van broomatomen met ozon en kwik werd al tientallen jaren verondersteld, maar niemand was in staat geweest om deze chemische soort daadwerkelijk te meten om te bevestigen dat dit de chemie is die plaatsvindt."

De unieke chemie vindt plaats wanneer zonlicht de zoute sneeuw in het noordpoolgebied raakt. Chemische reacties in de oppervlaktesneeuw produceren wat moleculair broom wordt genoemd - twee broomatomen die aan elkaar zijn gehaakt. Wanneer zonlicht dit molecuul raakt, het breekt om broomatomen te vormen.

Broom is zo reactief en op zulke lage niveaus dat het heel moeilijk te meten is in de atmosfeer, volgens Wang, die het werk leidde als een postdoctoraal onderzoeker in het Pratt-lab. Samen met Pratt lab-promovendus Stephen McNamara, ze brachten veel tijd door in het laboratorium om broomatomen op extreem lage niveaus te synthetiseren om hun Arctische metingen te bewijzen.

De onderzoekers hebben meetinstrumenten opgesteld op de Arctische toendra. Lucht wordt door een zorgvuldig ontworpen inlaat gezogen in een apparaat dat een chemische ionisatiemassaspectrometer wordt genoemd. De spectrometer meet de massa's van de producten in het monster, die de onderzoekers vertelt wat er in de lucht hing.

Broomatomen zijn ook moeilijk te meten omdat er maar weinig plekken op aarde zijn, volgens Wang. Deze plaatsen omvatten boven Arctische en Antarctische sneeuwlagen en boven de tropen in de bovenste troposfeer - ongeveer 8 mijl boven de aarde.

"Met deze nieuwe mogelijkheid om broomatomen te meten, we kunnen ons vermogen om kwikchemie op wereldschaal te voorspellen verbeteren, ' zei Wang.

"Het was echt opwindend om deze atomen te kunnen meten, aangezien dit scheikunde is waarvan de hypothese was aangenomen, maar niet te meten, gedurende enkele decennia, ' zei Pratt.