Forskare har nu observerat en särskilt snabb typ av parproduktion i laboratoriet:Kolväten fördubblas när två peroxylradikaler reagerar med varandra. Detta innebär att stabila produkter med kolskelettet av båda peroxylradikaler bildas, som med stor sannolikhet kommer att ha en peroxidstruktur. Bevis på denna reaktionsväg har nu blivit möjlig med hjälp av den senaste mättekniken. Forskare från Leibniz-institutet för troposfärisk forskning (TROPOS) och universiteten i Innsbruck och Helsingfors presenterar sina resultat i det aktuella numret av tidskriften Angewandte Chemie . De nya rönen kommer att spela en viktig roll för att förbättra vår förståelse av nedbrytningsvägarna för kolväten i atmosfären. De snabbt bildade reaktionsprodukterna är vanligtvis mycket icke-flyktiga och är prekursorer för den sekundära organiska aerosolen, vilket är viktigt för jordens klimat.

Kolväten betraktas som byggstenar i livet, genom att kombinera grundämnena kol och väte för att ge upphov till miljontals olika kemiska föreningar. Förutom metan, dessa organiska föreningar inkluderar också ett stort antal andra gaser som spelar en viktig roll i atmosfären. De globala utsläppen av dessa icke-metankolväten från vegetation och mänskliga aktiviteter uppskattas till cirka 1,3 miljarder ton per år. Det är därför viktigt att känna till deras nedbrytningsprocesser och de produkter de producerar.

Atmosfäriskt sönderfall initieras av oxiderande ämnen som ozon eller OH-radikaler (det "atmosfäriska rengöringsmedlet"), resulterar nästan uteslutande i peroxylradikaler som mycket reaktiva mellanprodukter som kan fortsätta att reagera snabbt med kväveoxid (NO) eller andra peroxylradikaler. Än så länge, det har antagits att bildningen av ansamlingsprodukter från reaktionen av två peroxylradikaler är obetydlig, som kan spåras tillbaka till fynd från 60- och 70-talen. De nya experimenten tillsammans med de nödvändiga kinetiska mätningarna leder nu till slutsatsen att bildningen av de icke-flyktiga reaktionsprodukterna är signifikant under alla atmosfäriska förhållanden. "Det är fascinerande att kunna följa bildningen av peroxylradikaler och deras reaktionsprodukter online i masspektrometern. Detta ger oss en direkt inblick i de elementära processerna under en kemisk reaktion, " rapporterade Dr Torsten Berndt från TROPOS.

På TROPOS i Leipzig, teamet lyckades demonstrera denna process i laboratorieexperiment med en speciell flödesapparat som tillåter störningsfria experiment av gasfasreaktioner vid atmosfärstryck. Nya masspektrometriska tekniker utvecklade i Innsbruck och Leipzig användes här för första gången. I den masspektrometriska analysen, föreningen som undersöks joniseras och identifieras sedan genom förhållandet mellan massa och laddning. De skonsamma joniseringsmetoder som används tillåter känslig detektering av peroxylradikaler och deras reaktionsprodukter med en detektionsgräns på upp till 1 ppqV. Med denna teknik, det är nu möjligt att på ett tillförlitligt sätt bestämma en specifik molekyl i en blandning av en kvadriljon (1015) molekyler.

Identifieringen av denna nya reaktionsväg i atmosfären är av stor betydelse för klimatforskningen, eftersom det är ytterligare en pusselbit i sökandet efter ännu inte helt förstådda källor i bildandet av den sekundära organiska aerosolen och den efterföljande molnbildningen. Än så länge, molnen är fortfarande det stora okända i klimatsystemet. Även den senaste rapporten från Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ser moln som den största osäkerhetsfaktorn i framtidens klimatscenarier. De nya fynden skulle kunna leda till mer exakta uppskattningar av det klimatrelaterade bidrag som vegetationen och därmed olika former av markanvändning ger.