En obalans mellan trenderna i två vanliga luftföroreningar utlöser oväntat skapandet av en klass av luftburna organiska föreningar som vanligtvis inte finns i atmosfären över stadsområden i Nordamerika, enligt en ny studie från Caltech.

I årtionden, ansträngningar för att minska luftföroreningar har lett till renare luft i amerikanska städer som Los Angeles, med efterföljande förbättringar av folkhälsan. Dessa insatser har riktat sig till både kväveoxider och kolväten. Kväveoxid är en förening av kväve och syre som avges från motorer (särskilt de som drivs med diesel) och från kolkraftverk. Kolväten, under tiden, är familjen av molekyler gjorda av att kedja samman väte och kol. Dessa molekyler släpps ut från många källor, inklusive bensindrivna bilar, lastbilar, lösningsmedel, rengöringsmedel som används både hemma och i industriella miljöer, och till och med träd.

Ett sätt forskare spårar de förändrade kväveoxidutsläppen och kolväteutsläppen är genom att undersöka förhållandet mellan halterna av icke-metanatmosfäriska kolväten till halterna av kväveoxid (metan, en kraftfull växthusgas, spåras separat). Från 1987 och 1997, det förhållandet sjönk med en faktor två.

Regler som syftar till att förbättra luftkvaliteten i stadsområden som Los Angeles har gjort snabba framsteg när det gäller att minska kväveoxid och kolväteutsläpp. Eftersom gamla bilar har tagits av gatan till förmån för renare nya bilar och dieselbilar har eftermonterats eller bytts ut, kväveoxidutsläppen har minskat snabbt. Jämfört med 1970 -modeller, nya bilar och lastbilar producerar cirka 99 procent färre vanliga föroreningar, enligt Naturvårdsverket. Under det senaste decenniet har till exempel, mängden kväveoxid i Los Angeles luft har sjunkit med hälften.

Regler för luftföroreningar har också lett till minskade kolväteutsläpp, men dessa minskningar avtar. Kolväten kommer från en mängd olika källor, vilket gör det svårare att slå ner på dem. Till exempel, dessa föreningar frigörs av tvåcykelmotorerna som används i lövblåsare och gräsklippare-utrustning som tenderar att stanna längre än bilar och som omfattas av färre regler.

Den kraftiga nedgången i kväveoxidhalter jämfört med den långsammare nedgången i kolväten är viktig:enligt en ny studie ledd av Caltechs Paul Wennberg och Københavns universitet Henrik Kjaergaard, denna skillnad kan leda till produktion av kemikalier som kallas organiska hydroperoxider.

Organiska hydroperoxider finns redan i naturen. På landsbygden och andra regioner som saknar stora mängder motoravgaser-och därför platser där kväveoxidhalterna är mycket låga-kan molekylerna bildas när träd avgaser flyktiga organiska föreningar som sedan interagerar med solljus.

Teamet som leddes av Wennberg fann, dock, att det finns en annan kemisk väg för att bilda organiska hydroperoxider - en som uppträder vid kväveoxidhalter betydligt högre än vad som kan hittas i atmosfären över obefolkade regioner. "Detta är kemi som inte finns i någon av modellerna för hur kväveoxid och kolväten interagerar, säger Wennberg, Caltechs R. Stanton Avery professor i atmosfärisk kemi och miljövetenskap och teknik och direktör för Ronald och Maxine Linde Center for Global Environmental Science.

Betydande, de atmosfäriska kväveoxidkoncentrationerna över Los Angeles och i stadsområden över hela landet sjunker nu till de nivåer vid vilka denna process-kallad gasfasautoxidering-inträffar.

Gasfasautoxidering sker när det inte finns tillräckligt med kväveoxidmolekyler för att kolväten kan reagera med. Som ett resultat, kolvätemolekyler reagerar med sig själva. Gasfasautoxidering har observerats i andra inställningar-till exempel processen kan bilda hudirriterande organiska hydroperoxider i vissa kosmetiska produkter som har blivit dåliga och får smör att härskna och vin att förstöra. Men forskare hade trott att det inte kunde förekomma i atmosfären, med tanke på nuvarande koncentrationer av kväveoxid i städerna. Wennberg och kollegor har funnit något annat.

"När dessa kväveoxidkoncentrationer sjunker med ytterligare en faktor två under de närmaste fem till sju åren, vi kommer att börja göra mer och mer organiska hydroperoxider i stadsområden, "Säger Wennberg. I luften, dessa hydroperoxider är kända för att bilda partiklar - aerosoler. "Problemet är att vi inte har sett stora koncentrationer av hydroperoxider i mycket befolkade områden, så vi vet inte hur bildandet av gas och aerosolhydroperoxider kommer att påverka folkhälsan. Men vi vet att andning i partiklar tenderar att vara dåligt för dig, " han säger.

Wennberg och Kjaergaards resultat publiceras online av Förfaranden från National Academy of Sciences under veckan den 18 december.