Исследователи обнаружили новый источник муравьиной кислоты над Тихим и Индийским океанами

Международная группа ученых, вдохновленная экспериментами по изучению химических систем в состояниях, далеких от равновесия, обнаружила новый значительный источник муравьиной кислоты в атмосфере над Тихим и Индийским океанами. Открытие, являющееся результатом сотрудничества Национальных лабораторий Сандия, Университета Нового Южного Уэльса, Университета Лидса, Тихоокеанского университета и Университета Миннесоты, было опубликовано 3 июля в журнале Nature Communications.

Муравьиная кислота — наиболее распространенная органическая кислота в атмосфере Земли и важный источник кислотности дождевой воды. Однако глобальные атмосферные модели существенно занижают её концентрацию в тропосфере по сравнению с прямыми измерениями. Это несоответствие ставит под вопрос современное понимание процессов деградации углеводородов в атмосфере, что критически важно для точного прогнозирования качества воздуха и влияния аэрозолей на климат. Новое исследование показывает, как неравновесные процессы приближают модели к реальности.

Физико-химик Дэвид Осборн и его коллеги из Сандии предположили, что предшественником недостающей кислоты может быть виниловый спирт — метастабильный изомер обычного ацетальдегида. В равновесии при комнатной температуре на одну молекулу винилового спирта приходится 3,3 миллиона молекул ацетальдегида. Ключом к решению стало использование ультрафиолетового света для "выталкивания" системы из равновесия. Эксперименты показали, что фотоны с длиной волны 300-330 нм перестраивают атомы в ацетальдегиде, превращая его в виниловый спирт. Этот процесс сохраняется даже при атмосферном давлении, увеличивая концентрацию винилового спирта в 100 000 раз по сравнению с равновесной смесью.

"Это драматическое увеличение концентрации винилового спирта теперь позволяет протекать новым реакциям окисления, которые невозможны для ацетальдегида", — пояснил Осборн. Его команда постулировала, что окисление винилового спирта может приводить к образованию муравьиной кислоты. Включение этой химии в глобальные модели атмосферы показало, что новый путь производит около 3,4 миллиарда тонн муравьиной кислоты в год. Хотя это составляет лишь 7% от общего количества кислоты в модели, над Тихим и Индийским океанами данный механизм отвечает за более 50% её производства, что может объяснить ранее загадочное происхождение кислоты над открытыми океанами.