Hur mäter man en kemisk förening som varar mindre än en sekund i atmosfären?

Det är frågan som atmosfärskemister har försökt svara på i årtionden. Föreningen:hydroxylradikaler - även känd som OH-radikaler. Dessa oxiderande kemikalier är avgörande för atmosfärens känsliga kemiska balans, fungerar som naturliga luftskrubber för att avlägsna organiska föreningar och växthusgaser som formaldehyd och metan från atmosfären. Men OH-radikaler initierar också reaktioner som leder till sekundära föroreningar som påverkar människors hälsa och klimat, såsom organiska partiklar och ozon.

Forskare har diskuterat om föroreningar som släpps ut från mänskliga aktiviteter, särskilt kväveoxider (NOx), kan påverka nivåerna av OH-radikaler i en orörd atmosfär, men att kvantifiera det förhållandet har varit svårt. Nu, forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har kvantifierat effekten av NOx-föroreningar på OH-radikaler i Amazonas regnskog.

Forskningen publiceras i Vetenskapens framsteg .

Medan en avlägsen och till synes glest befolkad regnskog kan verka som en konstig plats att studera effekterna av mänsklig förorening, Amazonas är faktiskt hem för en av de snabbast växande städerna i världen:Manaus, Brasilien. Manaus, med mer än 2 miljoner människor, har sett en boom i en rad industrier från petroleumraffinering och kemisk tillverkning till mobiltelefontillverkning, skeppsbyggnad och turism.

Den tillväxten har lett till avsevärda mängder föroreningar som släpps ut i atmosfären och när den rör sig medvind och möter den orörda luften från regnskogen, det skapar ett verkligt laboratorium för atmosfärskemister. Det laboratoriet är den perfekta platsen för att studera effekten av föroreningar på OH-koncentrationer, eftersom det är lätt att urskilja oförorenad regional luft, från luft som hade passerat Manaus.

"Eftersom vi kunde kontrastera oförorenad luft med förorenad luft, denna forskning har gett oss en stor möjlighet att förstå hur föroreningar från mänsklig aktivitet kommer att påverka atmosfärens kemi, särskilt med fortsatt urbanisering av skogsområden, " sa Yingjun Liu, en före detta doktorand vid SEAS och första författare till tidningen.

Forskarna mätte nivåerna av isopren, en kemisk förening som naturligt släpps ut av träd, såväl som nivåer av större OH-oxidationsprodukter av isopren. När OH-koncentrationen ökar, förhållandet mellan oxidationsprodukter och isopren ökar i atmosfären. Forskarna kunde härleda OH-koncentrationer från det uppmätta förhållandet mellan produkt och förälder, med en känslig modell som tog hänsyn till många förvirrande faktorer.

Forskarna samlade in data i regnskogsregionen, cirka 70 km medvind från Manaus, under de våta och torra årstiderna 2014. Forskarna fann att åtföljande ökningen av NOx -koncentration från stadsföroreningar, dagtid toppar OH-koncentrationer i regnskogen skjutit i höjden, öka med minst 250 procent.

"Vår forskning visar att oxidationskapaciteten över tropiska skogar är mottaglig för antropogena NOx-utsläpp, sa Scot Martin, Gordon McKay professor i miljövetenskap och teknik och professor i jord- och planetvetenskap vid SEAS och senior författare till artikeln. "I framtiden, om trenderna med avskogning och urbanisering fortsätter, dessa ökade nivåer av OH-koncentrationer i Amazonas atmosfär kan leda till förändringar i atmosfärens kemi, molnbildning, och regn."