Исследование показывает, что вызывающие старение кожи свободные радикалы старят и естественные частицы в воздухе
Хвойные деревья — один из крупнейших источников загрязнения воздуха. Они выделяют газы, которые реагируют с химическими веществами в воздухе (многие из которых образуются в результате деятельности человека), создавая крошечные невидимые частицы, которые делают воздух мутным. Новое исследование команды под руководством Нила Донахью из Университета Карнеги-Меллон показывает, что биогенные частицы, образующиеся из выбросов сосен, химически гораздо более интересны и динамичны, чем считалось ранее. Работа впервые предоставляет экспериментальные доказательства того, что такие соединения химически трансформируются свободными радикалами (теми же соединениями, которые старят нашу кожу) уже после своего образования в атмосфере.
Эти выводы, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, могут помочь сделать модели прогнозирования климата и качества воздуха более точными и позволят регулирующим органам принимать более эффективные решения при разработке стратегий улучшения качества воздуха.
«Мы смогли убедительно показать, что биогенные частицы химически трансформируются в атмосфере. Они не статичны. Они продолжают двигаться, меняться и расти», — сказал Донахью. «Довольно много атмосферных моделей, которые обычно используются для информирования исследований и политики, предполагали, что этого не происходит. В моделях нам действительно нужно точное представление о том, что на самом деле происходит в атмосфере, и это именно то, что позволяет нам сделать наша работа».
Воздух, которым мы дышим, полон частиц, называемых аэрозолями. Эти крошечные жидкие или твердые частицы происходят из сотен источников, включая деревья, вулканы, автомобили, грузовики и костры. Мелкие частицы влияют на образование облаков и осадки, а также на климат и здоровье человека. В Соединенных Штатах ежегодно 50 000 преждевременных смертей от сердечных и легочных заболеваний связаны с избыточными концентрациями аэрозолей, особенно частиц диаметром менее 2,5 микрометров.
Донахью и его коллеги из Центра по изучению атмосферных частиц первыми описали химические процессы с участием свободных радикалов, которые трансформируют аэрозоли антропогенного происхождения, такие как выхлопные газы дизельных двигателей. Однако этот механизм не объяснял, что происходит с природными соединениями, когда они попадают в атмосферу.
Донахью вместе с коллегами из Германии, Швеции, Дании и Швейцарии проверили эту гипотезу, используя «смог-камеры» — искусственные атмосферы, содержащие несколько кубометров воздуха в закрытом лабораторном пространстве. Они вводили в камеры альфа-пинен (аэрозоль, выделяемый хвойными деревьями) и озон, а затем добавляли гидроксильные радикалы (OH) — высокореактивные молекулы природного происхождения, которые инициируют реакции с другими химическими веществами в воздухе. Исследователи обнаружили, что радикалы OH «старят» частицы, изменяя их свойства и концентрации и производя в три раза больше твердых частиц, чем было первоначально выброшено в атмосферу.
«Самое интригующее в том, что люди могут влиять на то, как протекает эта химия», — отметил Донахью. «Деревья выделяют эти вещества, но поскольку деятельность человека меняет химию атмосферы, эти изменения могут влиять на количество и свойства природных аэрозолей. Есть много свидетельств того, что даже когда органические газы имеют природное происхождение, уровень образующихся из них аэрозолей контролируется деятельностью человека. Наша работа показывает один из способов, как это может происходить».