Naast het verstrekken van vitamine D, bloemen helpen groeien en het perfecte excuus creëren om naar het strand te gaan, zonlicht helpt ook om chemicaliën in beekjes af te breken, meren en rivieren. Onderzoekers van de Michigan Technological University hebben een singlet-zuurstofmodel ontwikkeld om te berekenen hoe bepaalde chemicaliën in oppervlaktewater afbreken.

Terwijl zwembaden blauwe tegels gebruiken om de kleur van het Caribisch gebied na te bootsen, het meeste oppervlaktewater is geel of bruin. Bijvoorbeeld, Tahquamenon-watervallen, een populaire bestemming op het Boven-schiereiland, staat bekend om de karamelkleur van zijn glijbanen. Die kleur komt van blad- en bastresten die tannines maken - polyfenolen, of natuurlijk voorkomende organische verbindingen in planten. Het is dit puin dat zonlicht absorbeert en de singlet-zuurstof creëert die verontreinigingen afbreekt.

Deze reactieve zuurstofsoort veroorzaakt wat fotochemische transformatie wordt genoemd, een proces waarbij lichte en oxiderende materialen chemische reacties veroorzaken. Maar hoe lang duurt het voordat een bepaalde chemische stof is afgebroken onder deze zonnige en vegetatieve aanval?

Door te begrijpen hoeveel uren of dagen het duurt voordat een bepaalde verontreiniging halverwege is afgebroken, kunnen milieutechnici en wetenschappers onze waterwegen beschermen. Door de halfwaardetijd van een bepaalde chemische stof te kennen, kunnen resourcemanagers inschatten of die chemische stof zich al dan niet ophoopt in het milieu.

Daisuke Minakata, universitair hoofddocent civiele, milieu- en geospatiale engineering bij Michigan Tech, ontwikkelde een uitgebreid reactief activiteitsmodel dat laat zien hoe de reactiemechanismen van singlet-zuurstof presteren tegen een diverse groep verontreinigingen en hun halfwaardetijd berekent in een natuurlijk aquatisch milieu.

"We hebben 100 verschillende biologische, structureel diverse verbindingen, Minakata zei. "Als we de reactiviteit tussen singletzuurstof en verontreinigingen kennen, we kunnen zeggen hoe lang het duurt om een ​​specifieke structuur van een verontreiniging af te breken tot de helft van de concentratie."

Minakata's medewerkers zijn afgestudeerde studenten Benjamin Barrios, Benjamin Mohrhardt en Paul Doskey, professor aan het College of Forest Resources and Environmental Science. Hun onderzoek werd deze zomer gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie .

Zonneschijn oxideert en breekt giftige chemicaliën af

De snelheid van door indirect zonlicht geïnitieerde chemische oxidatie is uniek voor het waterlichaam; elk meer, rivier of stroom heeft zijn eigen specifieke mix van organisch materiaal. En omdat het proces niet in het donker plaatsvindt, de hoeveelheid zonlicht die een waterlichaam ontvangt, beïnvloedt ook de reacties. Bijvoorbeeld, Singlet-zuurstof speelt een gedeeltelijke rol bij het afbreken van de toxines in schadelijke algenbloei en bij het afbreken van de overtollige stikstof en fosfor die door landbouwafval worden geproduceerd.

De reactieve zuurstofsoort heeft ook voordelen buiten onze favoriete meren en rivieren.

"Singlet-zuurstof kan worden gebruikt voor desinfectie van ziekteverwekkers, "Zei Minakata. "Het kan chemicaliën in drinkwater of afvalwaterbehandelingen oxideren. Er zijn veel manieren om dit sterke chemische oxidatiemiddel voor veel doeleinden in ons leven te gebruiken."

Verder gaan dan reacties op bijproducten

Met de halfwaardetijdberekeningen die zijn vastgesteld door het model van Minakata, het onderzoeksteam is van plan om de bijproducten die worden geproduceerd door singlet zuurstof / chemische reacties verder te bestuderen - met het oog op het voorspellen of de bijproducten zelf giftig zullen zijn. Door de stadia van degradatie te begrijpen, Minakata en zijn team kunnen een uitgebreid model ontwikkelen om de vorming van door de zon gedragen bijproducten te voorspellen en hoe de interacties opnieuw beginnen.

uiteindelijk, een volledig begrip van de halfwaardetijden van de vele chemicaliën die onze waterbronnen infiltreren, is een stap in de richting van schoon water voor menselijk gebruik.