بواسطة آلية غير معروفة سابقا.. الغلاف الجوي للأرض ينظف نفسه بشكل طبيعي من الملوثات | علوم

يوسع هذا الاكتشاف الفهم العلمي لكيمياء الغلاف الجوي وآلية تطهيره، ويوفر رؤى جديدة لتوجيه البحث المستقبلي حول تلوث الهواء وإستراتيجيات التخفيف منه.

اعتقد العلماء سابقا أن ضوء الشمس هو المصدر الأساسي لتكوين جزيئات الهيدروكسيل (OH) في الغلاف الجوي، لكن بحثا جديدا وجد أنها يمكن أن تتشكل تلقائيا وبشكل طبيعي من المجال الكهربائي القوي على سطح قطرات الماء المحمولة جوا.

نتائج الدراسة الممولة من قبل مجلس البحوث الأوروبي نُشرت في دورية “بروسيدنغز أوف ذا ناشيونال أكاديمي أوف ساينس” (Proceedings of the National Academy of Sciences) في الثالث من أبريل/نيسان الجاري، وشارك فيها باحثون من عدة دول.

آلية جديدة لإنتاج الهيدروكسيد

جزيء الهيدروكسيد ضروري لأكسدة الهيدروكربونات وإزالة المواد الكيميائية السامة من الهواء. وفي السابق، افترض الباحثون أن ضوء الشمس والمحفزات المعدنية ضرورية لتوليد الهيدروكسيد، لكن هذه الدراسة وجدت أن هذا المكون يمكن أن يتشكل تلقائيا في قطرات الماء في الهواء بسبب القوى الكهربائية على السطح.

وتشير الدراسة -التي شارك فيها سيرغي نيزكورودوف أستاذ الكيمياء وعالم الغلاف الجوي بجامعة كاليفورنيا (University of California)- إلى أن مجموعة فريدة من الظروف الجوية يمكن أن تولد جزيئات الهيدروكسيد التي تسهل عملية التنقية الذاتية للغلاف الجوي عن طريق تحييد الملوثات، حتى في حال عدم وجود ضوء الشمس.

استخدم الباحثون طائرة بحثية على ارتفاعات عالية لقياس مركبات الأكسجين التفاعلية مباشرة في نقاط مختلفة في الغلاف الجوي. وسمح لهم هذا بتحديد الآليات الكيميائية في العمل.

وتضمنت العملية مركبات الأكسجين التفاعلية، وخاصة جذور الأوزون والهيدروكسيد، التي تعمل منظفات في الغلاف الجوي، والتي تقوم بتفكيك الملوثات كيميائيا وإعادة تدوير مركبات النيتروجين.

ووجدت الدراسة أن مجالا كهربائيا قويا على سطح قطرات الماء المحمولة جوا والهواء المحيط يمكن أن يخلق جزيئات الهيدروكسيد بواسطة آلية غير معروفة سابقا. وحقق العلماء اكتشافا جديدا بشأن كيفية تكوين جزيئات الهيدروكسيد، التي تساعد بشكل طبيعي على تطهير الغلاف الجوي من الملوثات وغازات الدفيئة المنبعثة من الأنشطة البشرية.

ووجد الباحثون أن جزيئات الهيدروكسيد تتشكل بمعدلات مماثلة أو أعلى في الظلام، مما يدل على أن آلية السطح هذه يمكن أن تتنافس مع الكيمياء الضوئية أو تتجاوزها كمصدر للهيدروكسيد بدون ضوء الشمس.

اكتشاف يتحدى الافتراضات الحالية

وفي بيان صحفي لجامعة كاليفورنيا، قال نيزكورودوف “إننا بحاجة إلى الهيدروكسيد لأكسدة الهيدروكربونات، وإلا فإنها ستتراكم في الغلاف الجوي لأجل غير مسمى”.

من جهته، أوضح كريستيان جورج، عالم كيمياء الغلاف الجوي في جامعة ليون في فرنسا (Université Claude Bernard Lyon ) والمؤلف الرئيسي للدراسة، أن “الهيدروكسيد لاعب رئيسي في قصة كيمياء الغلاف الجوي، فهو يطلق تفاعلات تتسبب في تحلل الملوثات المحمولة جوا وتساعد على إزالة المواد الكيميائية الضارة والغازات السامة، مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتريك من الغلاف الجوي”.

وأشار نيزكورودوف إلى أن الدراسة الحالية تتحدى الافتراض بأن الهيدروكسيد يتولد عن طريق الكيمياء الضوئية أو كيمياء الأكسدة والاختزال، الأمر الذي يتطلب ضوء الشمس أو المحفزات المعدنية ليعمل، وتقول إنه في الماء النقي يمكن تكوين الهيدروكسيد تلقائيا من خلال الظروف الخاصة على سطح القطرات.

وذكر نيزكورودوف أن النتائج تغير فهم مصادر الهيدروكسيد، وهو أمر سيغير كيفية قيام العلماء الآخرين ببناء نماذج حاسوبية تحاول التنبؤ بكيفية حدوث تلوث الهواء، وقال “يمكن أن يغير نماذج تلوث الهواء بشكل كبير. فالهيدروكسيد هو عامل مؤكسد مهم داخل قطرات الماء والافتراض الرئيسي في النماذج هو أن الهيدروكسيد يأتي من الهواء، ولا يتم إنتاجه في القطرة مباشرة”.

ويوفر هذا الاكتشاف الجديد آلية جديدة لإنتاج الهيدروكسيد يمكن أن تعمل ليلا أو نهارا، ويتحدى الاكتشاف الافتراضات الحالية في تلوث الهواء ونماذج الكيمياء حول مصادر وتكوين الهيدروكسيد، ويقترح أن الهيدروكسيد قد يتشكل بمعدلات أسرع وبطرق أكثر مما تم إدراكه سابقا.

الخطوة التالية

يمكن أن يؤثر هذا بشكل كبير على كيفية قيام العلماء بنمذجة تلوث الهواء وتطوير الحلول. ولتحديد إذا ما كانت آلية إنتاج الهيدروكسيد الجديدة تلعب دورا أم لا، يعتقد نيزكورودوف أن الخطوة التالية هي إجراء تجارب مصممة بعناية في الغلاف الجوي الحقيقي في أجزاء مختلفة من العالم.

وبالفعل، يمكن أن يغير هذا الاكتشاف كيفية فهم العلماء لعملية تنقية الهواء من الملوثات التي يتسبب بها الإنسان، وغازات الاحتباس الحراري، والتي يمكن أن يتفاعل معها الهيدروكسيد ويقضي عليها. ويمكن أن يؤدي أيضا إلى إحداث ثورة في فهم كيفية تنقية الغلاف الجوي لنفسه بشكل طبيعي، ويؤدي إلى نمذجة تلوث الهواء بدقة.

كما يوسع هذا الاكتشاف الفهم العلمي لكيمياء الغلاف الجوي وآلية تطهيره، ويوفر رؤى جديدة لتوجيه البحث المستقبلي حول تلوث الهواء وإستراتيجيات التخفيف منه. ولكن لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث والعمل، بما في ذلك التجارب الميدانية الحقيقية، لتحديد أهمية آلية تشكيل الهيدروكسيد الجديدة وآثارها المستقبلية على الغلاف الجوي للأرض.