Ученые наблюдали особенно быстрый тип образования пар в лаборатории: углеводороды удваиваются, когда два пероксильных радикала реагируют друг с другом. Это означает, что образуются стабильные продукты с углеродным скелетом обоих пероксильных радикалов, которые, весьма вероятно, будут иметь пероксидную структуру. Доказательство этого пути реакции теперь стало возможным с помощью современной измерительной техники. Исследователи из Института тропосферных исследований им. Лейбница (TROPOS) и университетов Инсбрука и Хельсинки представляют свои выводы в текущем выпуске журнала Angewandte Chemie. Новые результаты сыграют важную роль в улучшении нашего понимания путей разложения углеводородов в атмосфере. Быстро образующиеся продукты реакции обычно очень нелетучи и являются прекурсорами вторичного органического аэрозоля, важного для климата Земли.
Углеводороды считаются строительными блоками жизни, объединяя элементы углерода и водорода, чтобы дать начало миллионам различных химических соединений. Помимо метана, к этим «органическим соединениям» относится также большое количество других газов, играющих важную роль в атмосфере. Глобальные выбросы этих неметановых углеводородов от растительности и деятельности человека оцениваются примерно в 1,3 миллиарда тонн в год. Поэтому важно знать процессы их разложения и продукты, которые они производят.
Атмосферное разложение инициируется окислителями, такими как озон или радикалы ОН («атмосферный детергент»), в результате чего почти исключительно образуются пероксильные радикалы в качестве высокореакционноспособных промежуточных продуктов, которые могут продолжать быстро реагировать с оксидом азота (NO) или другими пероксильные радикалы. До сих пор предполагалось, что образование продуктов аккреции от реакции двух пероксильных радикалов незначительно, что можно проследить по находкам 60-х и 70-х годов. Новые эксперименты в сочетании с необходимыми кинетическими измерениями теперь позволяют сделать вывод о том, что образование нелетучих продуктов реакции является значительным при всех атмосферных условиях. «Удивительно иметь возможность отслеживать образование пероксильных радикалов и продуктов их реакции в режиме реального времени на масс-спектрометре. Это дает нам прямое представление об элементарных процессах во время химической реакции», - сообщил доктор Торстен Берндт из TROPOS.
В ТРОПОСе в Лейпциге команде удалось продемонстрировать этот процесс в лабораторных экспериментах с использованием специального проточного аппарата, который позволяет без помех проводить эксперименты по газофазным реакциям при атмосферном давлении. Здесь впервые были применены новые масс-спектрометрические методы, разработанные в Инсбруке и Лейпциге. При масс-спектрометрическом анализе исследуемое соединение ионизируют, а затем идентифицируют по отношению массы к заряду. Используемые методы щадящей ионизации позволяют чувствительно обнаруживать пероксильные радикалы и продукты их реакции с пределом обнаружения до 1 ppqV. С помощью этого метода теперь можно надежно определить конкретную молекулу в смеси одного квадриллиона (1015) молекул.
Идентификация этого нового пути реакции в атмосфере имеет большое значение для исследования климата, так как это еще одна часть головоломки в поисках еще не до конца изученных источников образования вторичного органического аэрозоля и последующее образование облаков. До сих пор облака по-прежнему остаются великим неизвестным в климатической системе. Даже в последнем отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) облака рассматриваются как самый большой фактор неопределенности в климатических сценариях будущего. Новые результаты могут привести к более точной оценке вклада растительности в климат и, следовательно, различных форм землепользования.