گازهای خروجی از وسایل نقلیه در واکنش با نور خورشید و سایر ترکیبات موجود در هوا، ذرات ریز آلاینده تولید می‌کنند و تاکنون تصور می‌شد برخی گازها این فرایند را کند می‌کنند. یکی از این گازها، اکسید نیتریک (NO) است، گازی بی‌رنگ که از اگزوز خودروها، نیروگاه‌ها و تقریبا هر منبعی که سوخت‌های فسیلی می‌سوزاند، منتشر می‌شود. این گاز دهه‌ها به‌عنوان عاملی بازدارنده در تشکیل ذرات معلق شناخته می‌شد.

شیمیدانان سال‌ها اکسید نیتریک را عاملی بازدارنده در واکنش‌های شیمیایی می‌دانستند که بخارهای موجود در هوا را به ذرات ریز معلق تبدیل می‌کنند اما نتایج پژوهش جدید این فرضیه دیرینه را به چالش کشیده است.

شاون باروا، پژوهشگر مقطع دکترا در دانشگاه «تامپره» فنلاند، تصمیم گرفت تا این ایده را در مواجهه با گروهی از آلاینده‌های موجود در هوای شهر آزمایش کند اما نتایج تحقیقات وی خلاف آن را نشان داد. این آلاینده‌ها متعلق به خانواده‌ای به نام «کربونیل‌های آروماتیک» هستند، ترکیبات واکنش‌پذیری که از اگزوز خودروها، کارهای صنعتی و محصولات خانگی معطر منتشر می‌شوند.

این ترکیبات به‌راحتی به بخارهایی تبدیل می‌شوند که هسته اولیه تشکیل ذرات معلق را ایجاد می‌کنند. با این حال، این دیدگاه هرگز کاملا قطعی نبود. نتایج پژوهش‌های پیشین نشان داد که مقادیر اندک اکسید نیتریک در برخی شرایط می‌تواند تشکیل پیش‌سازهای ذرات معلق را از بخارهای منتشرشده توسط درختان افزایش دهد؛ یافته‌ای که نشان داد این مورد ممکن است در شرایط خاص استثناهایی داشته باشد.

گروه تحقیقاتی برای مشاهده واکنش‌های شیمیایی، آلاینده‌ها را با سرعت مناسب از یک راکتور لوله‌ای متصل به طیف‌سنج جرمی عبور دادند تا محصولات را همزمان با تشکیل شناسایی کنند. نتیجه، الگویی متراکم از قله‌های طیفی بود که هر کدام بیانگر مولکولی با جرم مشخص است.

محققان بر روی سه ترکیب واکنش‌پذیری تمرکز کردند که در اگزوز خودرو، حلال‌ها و محصولات معطر وجود دارند. این ترکیبات شامل «بنزآلدئید» بود که بوی بادام می‌دهد و همچنین «فنیل‌استالدهید» و «استوفنون» که رایحه‌های عسل و شکوفه پرتقال به همراه دارند. محققان با افزایش و کاهش مقدار اکسید نیتریک، از یک مقدار ناچیز تا سطوح بسیار بالاتر، نحوه‌ تغییر شکل محصولات توسط آن را ردیابی کردند.

در سطوح پایین، نشانگر مولکول‌های غنی از اکسیژن به جای کاهش، افزایش یافتند و این خلاف آن چیزی بود که در موارد قبلی پیش‌بینی شده بود. در مورد دو ترکیب از سه ترکیب مذکور، افزودن مقدار اندکی از اکسید نیتریک، بازده آن مولکول‌های غنی از اکسیژن را تا ۱۰ برابر برای «استوفنون» و چندین برابر برای «فنیل‌استالدهید» افزایش داد.

محققان اظهار کردند: نتایج نشان می‌دهد که برخی ترکیبات فرار، تشکیل این ذرات را تقویت می‌کنند و این اثر در دامنه وسیعی از غلظت‌های اکسید نیتریک حفظ می‌شود. با این حال، هنگامی که غلظت اکسید نیتریک از حدود ۳۰۰ قسمت در میلیارد فراتر رفت -سطحی نزدیک به شرایط آلودگی در جاده‌های پرتردد- روند تغییر کرد و افزایش بیشتر اکسید نیتریک، به‌جای تقویت، واکنش‌های شیمیایی موثر در تشکیل ذرات را مهار کرد.

سرعت، بخشی از شگفتی بود؛ واکنش‌ها به اندازه‌ای سریع انجام شدند که برخی از مولکول‌ها در کمتر از یک ثانیه تا ۱۲ اتم اکسیژن را جذب کردند. در این میان، «فنیل‌استالدهید»، سریع‌ترین واکنش را نشان داد.

با تجزیه آلاینده‌ها، قطعات ناپایداری ایجاد می‌شوند که به جذب اکسیژن ادامه می‌دهند و در هر مرحله، سنگین‌تر و چسبنده‌تر می‌شوند. اکسید نیتریک معمولا این روند را در مراحل اولیه متوقف می‌کند، اما یافته‌های جدید نشان می‌دهد که در این شرایط ممکن است مخالف این نقش را ایفا کند و قطعات را به شکل واکنش‌پذیرتری درآورد تا پیش از تجزیه نهایی، اکسیژن بیشتری جذب کنند.

اینکه چرا ترکیبات تقریبا یکسان تا این اندازه متفاوت رفتار می‌کنند، معمای جداگانه بوده است و تحقیقات اخیر بررسی کرده‌اند که چرا این بازده‌ها نوسان دارند. در این مورد، هرچه زنجیره خود یک ترکیب کندتر حرکت می‌کرد، فضای بیشتری برای ورود اکسیدنیتریک وجود داشت.

همه آلاینده‌ها به یک شکل واکنش نشان ندادند. «بنزآلدئید» به سختی به «اکسیدنیتریک» اضافه شده، واکنش نشان داد و خروجی مولکول‌های غنی از اکسیژن آن تقریبا ثابت ماند. «بنزآلدئید» به جای ساخت ذرات سنگین‌تر، بیشتر به ترکیب حاوی نیتروژن به نام «نیتروفنول» تبدیل شد که خود آلاینده شهری شناخته شده است. این تفاوت به نحوه شروع تجزیه هر مولکول برمی‌گردد. این تجزیه محققان را شگفت‌زده کرد، زیرا این سه ترکیب روی کاغذ بسیار شبیه به هم به نظر می‌رسند.

مدل‌های کیفیت هوای شهری مدت‌هاست که برای پیش‌بینی تعداد ذرات ریز تولید شده شهری تلاش می‌کنند و شیمی کشف شده در اینجا ممکن است یکی از دلایل آن باشد. نتایج تحقیق جداگانه نیز نشان داد که واکنش‌های اکسیدنیتریک بالا در شهرها دست کم گرفته شده‌اند.

نکته جدید، جهت این تاثیر است، برای این آلاینده‌های رایج، اکسید نیتریک با غلظت کم تا متوسط، تشکیل ذرات را متوقف نمی‌کند بلکه آن را به جلو حرکت می‌دهد. مدل‌های استاندارد این مسیر را کاملا نادیده می‌گیرند. رفع این شکاف می‌تواند پیش‌بینی‌های مربوط به ذرات معلق - آلودگی ریز مرتبط با بیماری‌های قلبی و ریوی - را دقیق‌تر کند و به مقامات کمک کند تا در مورد چگونگی تغییر هوای شهرها با موتورهای پاک‌تر قضاوت کنند.

تفاوت‌های ساختاری کوچک می‌توانند آلاینده‌های تقریبا یکسان را در مسیرهای شیمیایی بسیار متفاوتی قرار دهند. تغییری که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست و آنچه که هوا در نهایت حمل می‌کند، تغییر شکل می‌دهد.

بر اساس گزارش ارث، مدل‌های کیفیت هوای شهری مدت‌هاست که برای پیش‌بینی تعداد ذرات ریز تولید شده یک شهر تلاش می‌کنند و شیمی کشف شده در اینجا ممکن است یکی از دلایل آن باشد.

نتایج این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
 
انتهای پیام