La atmósfera de la Tierra se limpia a sí misma
Las actividades humanas emiten muchos tipos de contaminantes al aire, y los científicos descubren que sin una molécula llamada hidróxido (OH), muchos de estos contaminantes seguirían acumulándose en la atmósfera
La forma en que se desarrolla el OH en la atmósfera se consideró una historia completa, pero en una nueva investigación publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences, un equipo de investigación que incluye a Sergey Nizkorodov, profesor de química de la Universidad de California en Irvine, informa que el fuerte campo eléctrico que existe en la superficie entre las gotas de agua en el aire y el aire circundante puede crear OH por un mecanismo previamente desconocido.
Es un hallazgo que cambiará la forma en que los científicos entienden cómo el aire se limpia de cosas como los contaminantes emitidos por el hombre y los gases de efecto invernadero, con los que el OH puede reaccionar y eliminar. "Se necesita OH para oxidar los hidrocarburos, de lo contrario se acumularían en la atm��sfera indefinidamente", dijo Nizkorodov.
El papel de OH en la atmósfera
"OH es un actor clave en la historia de la química atmosférica. Inicia las reacciones que descomponen los contaminantes del aire y ayuda a eliminar sustancias químicas nocivas como el dióxido de azufre y el óxido nítrico , que son gases venenosos, de la atmósfera", dijo Christian George, químico atmosférico de la Universidad de Lyon en Francia y autor principal del nuevo estudio. "Por lo tanto, tener una comprensión completa de sus fuentes y sumideros es clave para comprender y mitigar la contaminación del aire".
"La sabiduría convencional es que tienes que hacer OH por fotoquímica o química. Tienes que tener luz solar o metales que actúen como catalizadores", dijo Nizkorodov. "Lo que este documento dice en esencia es que no necesitas nada de esto. En el agua pura, el OH se puede crear espontáneamente por las condiciones especiales en la superficie de las gotas".
El equipo se basó en una investigación de científicos de la Universidad de Stanford dirigidos por Richard Zare que informó la formación espontánea de peróxido de hidrógeno en la superficie de las gotas de agua. Los nuevos hallazgos ayudan a interpretar los resultados inesperados del grupo Zare.
El equipo midió las concentraciones de OH en diferentes viales, algunos que contenían una superficie de aire y agua y otros que solo contenían agua sin aire, y rastreó la producción de OH en la oscuridad al incluir una molécula de "sonda" en los viales que emite fluorescencia cuando reacciona con OH.
Lo que vieron es que las tasas de producción de OH en la oscuridad reflejan esas e incluso superan las tasas de los conductores como la exposición a la luz solar. "Se creará suficiente OH para competir con otras fuentes conocidas de OH", dijo Nizkorodov. "Por la noche, cuando no hay fotoquímica, todavía se produce OH y se produce a un ritmo más alto de lo que sucedería de otra manera".
Los hallazgos, informó Nizkorodov, alteran la comprensión de las fuentes de OH, algo que cambiará la forma en que otros investigadores construyen modelos informáticos que intentan pronosticar cómo ocurre la contaminación del aire.
"Podría cambiar los modelos de contaminación del aire de manera bastante significativa", dijo Nizkorodov. "El OH es un oxidante importante dentro de las gotas de agua y la suposición principal en los modelos es que el OH proviene del aire, no se produce directamente en la gota".
Para determinar si este nuevo mecanismo de producción de OH juega un papel, Nizkorodov cree que el siguiente paso es realizar experimentos cuidadosamente diseñados en la atmósfera real en diferentes partes del mundo.
Pero primero, el equipo espera que los resultados causen sensación en la comunidad de investigación atmosférica.
"Muchas personas leerán esto, pero inicialmente no lo creerán e intentarán reproducirlo o intentarán hacer experimentos para demostrar que está equivocado", dijo Nizkorodov. "Seguramente habrá muchos experimentos de laboratorio después de esto".
Agregó que la UCI es un lugar privilegiado para que esa ciencia continúe ocurriendo, porque otros laboratorios de la UCI, como el de Ann Marie Carlton, profesora de química, enfocan sus esfuerzos en el papel que juegan las gotas de agua en la atmósfera.
Referencia
Kangwei Li et al, Spontaneous dark formation of OH radicals at the interface of aqueous atmospheric droplets, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2220228120