Met monsters genomen uit een vliegtuig en een ongekend niveau van offline analyse, Yale-onderzoekers hebben een zeer gedetailleerd overzicht gegeven van de chemische samenstelling en transformaties van een zich ontwikkelende rookpluim van bosbranden - bevindingen die zouden kunnen bijdragen aan een beter begrip van luchtvervuiling in veel delen van de wereld.

Een team van onderzoekers in het lab van Drew Gentner, universitair hoofddocent chemische en milieutechniek, voerde een zeer gedetailleerde analyse uit van een zich ontwikkelende rookpluim van een bosbrand. De resultaten tonen duidelijk bewijs voor de vorming van organische verbindingen in de deeltjesfase die zuurstof bevatten, stikstof, en zwavel - er is relatief weinig eerder werk aan de structuur gedaan, vorming, en effecten van deze verbindingen. Ze ontdekten ook dat bepaalde structurele kenmerken die deel uitmaakten van deze verbindingen aanzienlijk toenamen naarmate de rookpluim zich over een periode van vier uur ontwikkelde. De studie, geleid door Dr. Jenna Ditto, een voormalig Ph.D. student in het Gentner lab, wordt vandaag gepubliceerd in Atmosferische scheikunde en natuurkunde .

Eerdere studies hebben massaspectrometrie gebruikt om natuurbrandrook te bestuderen. Echter, ze hebben deze complexe verbindingen en hun chemische transformaties in deze rookpluimen niet volledig vastgelegd. Het Gentner-lab gebruikte een unieke benadering van tandem-massaspectrometrie met hoge resolutie voor een nauwkeurigere analyse van de evoluerende rookpluim, waar doelmoleculen zijn gefragmenteerd om hun onderliggende structurele kenmerken te onderzoeken. Dit detailniveau is een belangrijke stap in de richting van het verbeteren van de modelleringscapaciteiten en ons begrip van de gezondheids- en milieueffecten van biomassa die rook verbrandt.

Het is bijzonder belangrijk om de precieze samenstelling van de rook van deze branden te kennen, omdat experts voorspellen dat bosbranden als gevolg van klimaatverandering steeds vaker zullen voorkomen en ernstiger zullen worden. De resultaten van dit op bosbranden gerichte onderzoek naar chemische routes zijn ook relevant voor plaatsen in ontwikkelingsregio's of zeer grote steden waar het verbranden van biomassa in woningen gebruikelijk is.

"Het levert bewijs voor de vorming van deze weinig bestudeerde organische verbindingen met zuurstof, stikstof, en zwavel die waarschijnlijk relevant zullen zijn in andere regio's met een aanzienlijke verbranding van biomassa en fossiele brandstoffen, zoals grote steden in ontwikkelingslanden, " zei Gentner. "Samen met andere onderzoekers, we hebben in het verleden aanzienlijke hoeveelheden van deze verbindingen op andere veldlocaties gezien, maar vragen zich vaak af wat hun vormingsroutes en onderliggende chemische structuren zijn, en deze pluim voor het verbranden van biomassa in de echte wereld bood een geweldige kans om ze te bestuderen."

De studie maakt deel uit van een lopende samenwerking tussen Gentner's lab met Environment &Climate Change Canada, de landelijke milieudienst.

Er werden monsters verzameld tijdens twee vliegtuigonderzoeksvluchten door Environment &Climate Change Canada als onderdeel van zijn onderzoeksprogramma naar luchtverontreiniging. Deze vluchten bemonsterden twee rookpluimen van bosbranden uit het boreale woud die hun oorsprong vonden in de buurt van Lac La Loche in het noorden van Saskatchewan. De brand was een oppervlaktebrand van lage intensiteit met smeulende omstandigheden. De deeltjes werden opgevangen op filters, in een diepvriezer geplaatst en naar Gentner's lab gestuurd.