Det färska, omisskännlig doft av en tallskog kommer från en blandning av kemikalier som produceras av dess träd. Forskare har nu, för första gången, bestämde exakt den kemiska strukturen för en av dessa föreningar i dess gasfas, en molekyl som kallas alfa-pinen, som också produceras av tropiska skogar. Den nya analysen kan hjälpa forskare att bättre upptäcka och förstå hur alfa-pinen-och eventuellt andra liknande molekyler-reagerar med andra gaser i atmosfären, en process som producerar föroreningar och partiklar som kallas aerosoler som påverkar hälsa och klimat.

"Det du luktar i skogen är biogena flyktiga organiska molekyler som släpps ut i atmosfären, "sa Thérèse Huet, fysiker vid universitetet i Lille i Frankrike. Hon och hennes kollegor beskriver deras analys den här veckan Journal of Chemical Physics . Bestämning av strukturen för dessa molekyler, Hon sa, "banar väg för framtida spektroskopisk detektion och atmosfärisk kemimodellering."

Bland biogena flyktiga organiska molekyler finns en klass av föreningar som kallas monoterpener, som reagerar med ozon, hydroxylradikaler, kväveoxider, och andra gaser i atmosfären. Dessa reaktioner skapar föroreningar och aerosoler, som, till exempel, kan fröa kondens från fler moln och hjälpa till att kyla klimatet. Den huvudsakliga monoterpenen är alfa-pinen, varav skogar släpper ut cirka 50 biljoner gram varje år i atmosfärens lägsta skikt, troposfären.

För att exakt förutsäga hur alfa-pinen reagerar i troposfären, och därmed hur det påverkar klimat och luftkvalitet, forskare behöver en detaljerad förståelse för dess molekylära struktur. Alfa-pinen har i sin fasta fas en redan bestämd bicyl- eller två-ringsstruktur. I troposfären, dock, alfa-pinen är en gas och befinner sig ha anmärkningsvärda förändringar i strukturen på grund av krafter som utövas av kristallstrukturen.

Eftersom alfa-pinen existerar i gasfasen endast vid låga koncentrationer, som kräver mycket känsliga experimentella tekniker, ingen hade tidigare identifierat dess gasfasstruktur. "Tills nu, strukturbestämning av komplexa molekyler såsom monoterpener var endast möjlig i den kondenserade fasen, "Sa Huet.

Huets laboratorium utvecklade metoder som är tillräckligt känsliga för att bestämma strukturen hos monoterpengaser.

Forskarna identifierade kvantparametrar som kallas rotationskonstanter som bäst beskriver data utan strukturella antaganden. De upprepade denna analys för alla naturligt förekommande isotopiska versioner av alfa-pinen, i vilka kol-13 isotoper ersätter olika kol-12 isotoper i molekylen. Denna uppsättning rotationskonstanter beskriver den fullständiga strukturen av alfa-pinen-gas.

Deras teknik, Huet sa, kan också användas för andra monoterpener. Nu när forskarna har strukturen av alfa-pinen, de är bättre i stånd att modellera de första stegen i naturens aerosolbildning i atmosfären.