Производство хлорфторуглеродов, наносящих ущерб озоновому слою, запрещено, насколько это возможно. Однако другие вещества также могут создавать дыры в озоновом слое в сочетании с частицами льда, например, в облаках. Исследователи из Рурского университета Бохума, Университета Дуйсбург-Эссен и Университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга обнаружили возможный механизм этого. Они описывают это в журнале Physical Review Letters от 13 ноября 2018 года.
Работа была частью многолетнего сотрудничества между командами из Бохума, Дуйсбург-Эссена и Эрлангена-Нюрнберга под руководством профессора Карины Моргенштерн, доктораКорда Бертрама, профессора Уве Бовензипена и профессора Мишеля Бокштедте, который в настоящее время продолжается в рамках кластера передового опыта Ruhr Explores Solvation, или сокращенно Resolv.
Органические молекулы откладываются на частицах льда
Химические процессы могут существенно влиять на погоду, климат и состав атмосферы. Космические лучи или ультрафиолетовый свет обеспечивают энергию для расщепления химических соединений. В случае соединений брома, хлора или фтора образуются радикалы, т.е. особенно реакционноспособные молекулы. Они атакуют молекулы озона и могут вызвать цепные реакции в озоновом слое. Более раннее лабораторное исследование показало, что частицы льда с серебряным ядром могут способствовать таким реакциям. Команда исследовала механизм этого эффекта в текущем исследовании.
В лаборатории ученые произвели мельчайшие частицы льда и проанализировали, как с ними взаимодействуют определенные соединения, содержащие хлор или бром. Они конденсировали частицы льда на медь. В природе частицы минеральной пыли, помимо прочего, образуют ядра конденсации частиц льда.
Используя микроскопические и спектроскопические методы, они заметили, что молекулы преимущественно прикрепляются к дефектам в структуре льда. Окружающие молекулы воды ледяной структуры затем переориентировались и гидрогенизировали молекулы. Это, в свою очередь, упростило ионизацию молекул в эксперименте.
УФ-излучение образует радикалы
Исследователи облучали кристаллы льда с прикрепленными к ним молекулами ультрафиолетовым светом, который возбуждал электроны в частицах льда вблизи молекул. Эти возбужденные электроны ионизировали молекулы хлора и бромбензола. В результате ионизации молекулы распадались на органические остатки и высокореакционноспособные радикалы хлора и брома.
«Механизм может объяснить, что происходит, когда ультрафиолетовый свет попадает на лед, загрязненный минералами», - говорит Корд Бертрам. «Таким образом, наши результаты могут помочь понять фундаментальные процессы, лежащие в основе таких явлений, как озоновые дыры».