Skogar som Amazonas regnskog släpper ut enorma mängder biogena flyktiga organiska föreningar (BVOC) till atmosfären. Dessa föreningar påverkar atmosfärens fysikaliska och kemiska egenskaper och även vårt klimat. Molekylerna reagerar snabbt med omgivande OH-radikaler och ozon, därigenom påverkar atmosfärens oxidationsförmåga för föroreningar som kolmonoxid och växthusgaser som metan. Vidare, BVOC är prekursorer till sekundära organiska aerosoler, som påverkar jordens strålningsbudget.

Många BVOC som α-pinen är kirala. Det betyder att de finns i två icke-överlagringsbara spegelbildsformer precis som våra vänster- och högerhand. Forskare talar om enantiomerer, eller plus- och minusformer. Dock, alla fysikaliska egenskaper såsom deras kokpunkt, massa och deras reaktionshastighet med atmosfäriska oxidationsmedel som OH och ozon är identiska.

Trots den kemiska likheten mellan dessa kirala par, insekter och växter kan urskilja enantiomera former av feromoner och fytokemikalier, även om lite uppmärksamhet har ägnats åt blandningsförhållandet mellan de två separerade formerna i skogarna. Tidigare mätningar rapporterade att minus α-pinen var den dominerande kirala molekylen i den tropiska skogen. Forskare från Max Planck Institute for Chemistry, Johannes Gutenberg-universitetet i Mainz och från Brasilien har nu gjort en överraskande upptäckt:från det 325 meter höga mättornet i Amazonas regnskog, de kunde visa att förhållandet mellan a-pinen-enantiomererna varierar i vertikalen med en faktor tio. Teamet kring Max Planck-forskaren Nora Zannoni kunde också visa att koncentrationerna är höjdberoende och varierar med tiden på dygnet och både våta och torra årstider.

Medan plus-α-pinen dominerar på 40 meter när som helst och på 80 meter under natten, minusformen dominerar på 80 meter under dagen och på alla andra högre höjder när som helst. Teamet observerade också att minus α-pinenkoncentrationen beror på temperaturen vid 80 meter medan plus α-pinen inte gör det. "Vegetationens fotosyntetiska aktivitet beror på temperatur och stomatala öppning. Den driver alltså utsläppen av minus α-pinen, som visar att löv är den huvudsakliga källan till utsläpp av denna isomer, och att de två isomererna frigörs från löv genom olika vägar, " säger Zannoni, som är förstaförfattare till en studie som nyligen publicerats i vetenskapstidningen Kommunikation Jord &Miljö .

Termiter som okänd källa till plus α-pinen i baldakinen?

Under torrperioden, det kirala förhållandet mellan de två formerna vänder vid 80 meter. "Detta tyder på en stark, okarakteriserad källa till plus α-pinen i baldakinen, säger Jonathan Williams, gruppledare vid institutet i Mainz och sista författare till studien. Eftersom forskarna kunde utesluta atmosfäriska sänkor som kiral-selektiv nedbrytning av pinen av OH-radikaler och ozon eller avsättning på aerosoler samt påverkan av vindriktning och solljus, de misstänker istället att insektspåfrestningar som växtätare och utsläpp av termiter är ansvariga för de högre värdena för plus α-pinen. För att testa en möjlig påverkan av insekter utförde forskarna ytterligare mätningar ovan termitbon som bekräftade att sådana utsläpp kan störta det omgivande chirala förhållandet av α-pinen. Eftersom termitpopulationerna förväntas öka avsevärt i framtiden med fortsatt avskogning och klimatuppvärmning, deras inflytande måste beaktas i skogsemissionsmodeller och skogssignalering.

"Vi vet också att växter kan frigöra stora mängder plus α-pinen när de skadas eller äts, ", tillägger Williams. Detta stöds av mätningar av flyktiga föreningar förknippade med lövskador som till och med avslöjade när växtätarna var som mest aktiva. Atmosfärskemisterna Zannoni och Williams drar slutsatsen att de måste tänka om hur utsläpp av flyktiga organiska ämnen simuleras, och ta hänsyn till hela ekosystemet.