Mekanizma deşifre edildi: Atmosferde organik asitler nasıl oluşur?

Atmosferin asitliği, karbondioksit ve formik asit gibi organik asitler tarafından giderek daha fazla belirlenir. Bunlardan ikincisi, yağmur damlalarının öncüsü olarak aerosol parçacıklarının oluşumuna katkıda bulunur ve bu nedenle bulutların büyümesini ve yağmur suyunun pH’ını etkiler. Önceki atmosferik kimya asit oluşum modellerinde, formik asit küçük bir rol oynama eğilimindeydi. Oluşumunun arkasındaki kimyasal süreçler tam olarak anlaşılmamıştı. Forschungszentrum Jülich’in himayesi altındaki uluslararası bir araştırma ekibi şimdi bu boşluğu doldurmayı ve formik asit oluşumundaki baskın mekanizmayı deşifre etmeyi başardı. Bu, atmosfer ve iklim modellerini daha da iyileştirmeyi mümkün kılar. Çalışmanın sonuçları, hakemli dergi Nature’da yayınlandı .

Almanya’da, özellikle 1980’lerdeki deneyimlerimizden asit yağmuruna aşinayız. Bunun nedeni, insanların atmosfere saldığı nitrojen oksit ve sülfür oksitlerin bulutlardaki su damlacıkları ile reaksiyona girerek sülfürik asit ve nitrik asit oluşturmasıydı. Asit yağmuru, atmosferin doğal karbondioksit içeriğinden kaynaklanan saf yağmur suyundan (5.5-5.7) daha düşük olan yaklaşık 4.2-4.8 pH’a sahiptir.

Bununla birlikte, atmosferde bulunan formik asidin büyük bir kısmını oluşturan kimyasal süreç şimdiye kadar bilinmiyordu. Jülich’in Enerji ve İklim Araştırmaları Enstitüsü’nden Dr. Bruno Franco ve Dr. Domenico Taraborrelli şimdi deşifre etti: Formaldehit, uçucu organik bileşiklerin foto-oksidasyonu ile doğal olarak oluşur. Formaldehit, bulut damlacıklarında su molekülleri ile reaksiyona girerek metandiol oluşturur. Bunun çoğu gazdan arındırılır ve bazen “atmosferin deterjanı” olarak adlandırılan OH radikalleri ile formik asit oluşturmak için bir fotokimyasal işlemde reaksiyona girer. Daha küçük bir kısım, yağmurla yayılan formik asit oluşturmak için su damlacıklarının sıvı fazıyla reaksiyona girer.

Domenico Taraborrelli, “Hesaplamalarımıza göre, gaz fazındaki metandiol oksidasyonu, atmosferdeki diğer bilinen kimyasal işlemlerde üretilenin dört katına kadar formik asit üretir” diyor. Bu miktar bulutların ve yağmur suyunun pH’ını 0,3’e kadar düşürerek organik karbonun atmosferdeki doğal asitliğe katkısını vurgular.

İlk adım olarak, iki bilim insanı teorilerini küresel bir atmosferik kimya modeli olan MESSy kullanarak test ettiler ve sonuçları uzaktan algılama verileriyle karşılaştırdılar. Modellemeyi gerçekleştirmek için Jülich süper bilgisayarı JURECA’yı kullandılar. Jülich’in SAPHIR atmosfer simülasyon odasında yapılan sonraki deneyler sonuçları doğruladı. Taraborrelli, “Gösterilen mekanizmanın sulu aerosollerde de aktif olduğunu ve bugüne kadar atmosferik kimya modellerinde yeterince açıklanmayan oksalik asit gibi diğer organik asitler için geçerli olduğunu varsayıyoruz” diyor. Bunun etkilerinden biri, aerosol parçacıklarının büyümesinin ve bulutların gelişiminin daha iyi anlaşılması olabilir.