Natuurbranden veroorzaken grote rookpluimen die honderden kilometers ver in de atmosfeer worden getransporteerd, waardoor veel mensen worden blootgesteld aan verontreinigende stoffen die de volksgezondheid aantasten.

Elk jaar, duizenden hectaren land worden overspoeld door bosbranden over de hele wereld. Alleen tijdens de eerste drie kwartalen van 2020, meer dan 2,6 miljoen hectare in het westen van de Verenigde Staten is verwoest door branden. Zoals de biomassa in bomen, struiken, gras, en turf worden verbrand, grote hoeveelheden rook, roet, en andere verontreinigende stoffen worden uitgestoten naar de atmosfeer. De rook kan dan enkele kilometers stijgen en zich verspreiden over grote continentale regio's, de lucht van verre gebieden vervuilen. Bijvoorbeeld, veel inwoners van de staten Californië, Washington en Oregon hebben onlangs de slechte luchtkwaliteit van wazige rook ervaren.

Professor in de chemie Marcelo Guzman aan de Universiteit van Kentucky leidt een onderzoeksproject van de National Science Foundation, die bestudeert hoe emissies door verbranding van biomassa, inclusief bosbranden, veranderen met de tijd in de atmosfeer om nieuwe chemicaliën te creëren die de gezondheid van samenlevingen en het klimaat op aarde beïnvloeden. Guzman, samen met promovendus Sohel Rana, zorgvuldig bestudeerd in het laboratorium de heterogene atmosferische chemie van methoxyfenolen, die behoren tot de meest voorkomende moleculen die worden uitgestoten tijdens de verbranding van biomassa. Het team benadrukte dat wanneer methoxyfenolen reageren op grensvlakken, d.w.z. zoals op het oppervlak van wolken- en mistwater, evenals aerosoldeeltjes door vervuiling, elektronen- en protonoverdrachtsprocessen hebben de voorkeur om aromatische moleculen snel om te zetten in zeer in water oplosbare producten.

'Als je kijkt naar de mechanismen die deze methoxyfenolen ondergaan wanneer ze worden blootgesteld aan achtergrondozongas en vrije hydroxylradicalen tijdens atmosferisch transport, je kunt beginnen met het uitleggen van de algemene waarneming van multifunctionele carbonzuren als overvloedige soorten in veel deeltjes in de lucht die we inademen. Het rapport identificeert unieke reactiekanalen die kunnen worden gebruikt om de bijdrage van atmosferische verwerking van emissies van biomassaverbranding te onderscheiden van andere mogelijke bronnen van multifunctionele carbonzuren, ' zei prof. Guzman. 'Het werk is niet alleen fundamenteel interessant, maar identificeert specifieke kenmerken voor de transformatie overdag van methoxyfenolen die worden uitgestoten door bosbranden naarmate ze ouder worden in de atmosfeer.'

Om dit te doen, de onderzoekers hebben in het laboratorium een ​​speciaal instrument gebruikt dat de snelle reactie tussen de methoxyfenolen-markers van biomassaverbranding en ozongas op het grensvlak van lucht met waterdruppels van micrometergrootte nabootst. Vervolgens variëren ze de concentraties en zuurgraad in de experimenten om te zien hoe de grensvlakchemie verandert voor verschillende omstandigheden in de omgeving.

'We proberen de dominante transformaties van de methoxyfenolen uit rook in de atmosfeer te begrijpen, hun leven bepalen, en vaststellen hoe ze chemisch evolueren op grensvlakken, ' zei prof. Guzman. 'We willen bijdragen aan een nieuw begrip van hun impact op de menselijke gezondheid en het klimaat. Zijn de verouderde moleculen giftiger? Hoe dragen de structurele veranderingen van de moleculen bij aan het ontstaan ​​van deeltjes die in wisselwerking staan ​​met zonlicht en het klimaat beïnvloeden?'

Een belangrijke bevinding van het werk is dat materiaal dat vrijkomt bij bosbranden, in de twee weken dat rook in de atmosfeer kan worden getransporteerd, meer oplosbaar in water en waarschijnlijk giftig kan worden. Terwijl ze in de lucht zijn, reageren de methoxyfenolen in rook met ozon en hydroxylradicalen om geoxideerd en zeer reactief te worden. Een persoon die deze reactieve verbindingen inademt, kan oxidatieve schade aan cellen oplopen, vooral in de luchtwegen en de longen. In aanvulling, deze reactieve verbindingen kunnen sommige mensen vatbaarder maken voor andere gezondheidsproblemen.

Prof. Guzman stelt ook dat het karakteriseren van de chemische verwerking van vervuiling door bosbranden en huishoudelijke houtverbranding kan helpen bepalen of de zogenaamde bruine koolstof in roet die door branden wordt uitgestoten, bijdraagt ​​​​aan het absorberen van meer warmte van de zon of niet. 'Terwijl de vele kleine moleculen in bruine koolstof snel kunnen worden gefotobleekt, de grotere moleculen zijn veel resistenter, mogelijk bijdragen aan het opwarmen van de atmosfeer, ' hij zei.