Wissenschaftler haben eine völlig neue Klasse von superreaktiven chemischen Verbindungen in der Erdatmosphäre entdeckt, von denen sie sagen, dass sie sowohl die menschliche Gesundheit als auch das globale Klima beeinflussen können.
Die Studium, in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftdokumentierte erstmals die Bildung von sogenannten Trioxiden – extrem oxidierende chemische Verbindungen mit drei aneinander gebundenen Sauerstoffatomen.
„Das ist uns jetzt gelungen. Die Art der von uns entdeckten Verbindungen ist in ihrer Struktur einzigartig. Und weil sie extrem oxidierend sind, bringen sie höchstwahrscheinlich eine Vielzahl von Effekten mit sich, die wir noch aufdecken müssen“, sagte der leitende Autor der Studie, Henrik Grum Kjærgaard von der Universität Kopenhagen, in einer Erklärung.
In der neuen Studie haben Wissenschaftler gezeigt, dass Hydrotrioxide, wie sie genannt werden, eine völlig neue Klasse chemischer Verbindungen sind, die sich unter atmosphärischen Bedingungen bilden.
Hydrotrioxide sind eine Art Wasserstoffpolyoxid, wobei Wasser – bestehend aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom – das einfachste und häufigste dieser Art ist.
Wasserstoffperoxid, bestehend aus zwei Wasserstoff- und zwei Sauerstoffatomen (H2Ö2) und häufig als Bleichmittel verwendet wird, ist eine weitere solche chemische Verbindung.
Hydrotrioxide – chemisch geschrieben als ROOOH, wobei R eine beliebige gebundene Gruppe wie Kohlenstoff ist – haben drei aneinander gebundene Sauerstoffatome und sind noch reaktiver.
Die Wissenschaftler sagen, dass sich diese Chemikalien während der atmosphärischen Zersetzung mehrerer bekannter und weit verbreiteter Substanzen bilden, darunter Isopren und Dimethylsulfid.
„Es ist ziemlich bedeutsam, dass wir jetzt durch direkte Beobachtung zeigen können, dass sich diese Verbindungen tatsächlich in der Atmosphäre bilden, dass sie überraschend stabil sind und dass sie aus fast allen chemischen Verbindungen gebildet werden. Alle Spekulationen müssen jetzt beendet werden“, sagte Jing Chen, Doktorandin und Zweitautorin der Studie.
Forscher vermuten, dass die Lebensdauer von Hydrotrioxiden in der Atmosphäre von Minuten bis Stunden reicht.
Als Beispiel nennen Wissenschaftler Isopren – eine Chemikalie, die von vielen Lebensformen produziert wird und der Hauptbestandteil von Naturkautschuk ist – eine der am häufigsten in die Atmosphäre emittierten organischen Verbindungen, die sich in diese Trioxide umwandeln.
Sie sagen, dass etwa 1 Prozent des gesamten freigesetzten Isoprens zu Hydrotrioxiden wird.
Forscher schätzen, dass die Konzentrationen von ROOOH in der Atmosphäre „ungefähr 10 Millionen pro Kubikzentimeter“ betragen.
Im Vergleich dazu sagen sie, dass OH-Radikale, die eines der wichtigsten Oxidationsmittel in der Atmosphäre sind, in der Atmosphäre in Konzentrationen von etwa 1 Million Radikalen pro Kubikzentimeter vorhanden sind.
Sie sagen, dass die Trioxide auch in der Lage sein könnten, in winzige Partikel in der Luft einzudringen, die als Aerosole bekannt sind, und stabil genug sein könnten, um mit vielen anderen Verbindungen in der Atmosphäre zu reagieren.
„Sie werden höchstwahrscheinlich in Aerosole gelangen, wo sie neue Verbindungen mit neuen Wirkungen bilden werden. Es ist leicht vorstellbar, dass in den Aerosolen neue Stoffe entstehen, die beim Einatmen gesundheitsschädlich sind. Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um diese potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen anzugehen“, sagte Dr. Kjærgaard.
Wissenschaftler glauben, dass es eine „hohe Wahrscheinlichkeit“ gibt, dass diese Klasse von Chemikalien beeinflusst, wie viele Aerosole produziert werden, was wahrscheinlich auch das Klima beeinflusst.
„Da Sonnenlicht von Aerosolen sowohl reflektiert als auch absorbiert wird, beeinflusst dies den Wärmehaushalt der Erde – also das Verhältnis von Sonnenlicht, das die Erde absorbiert und zurück in den Weltraum sendet. Wenn Aerosole Substanzen aufnehmen, wachsen sie und tragen zur Wolkenbildung bei, was sich auch auf das Erdklima auswirkt“, erklärte Eva R. Kjærgaard, eine weitere Co-Autorin der Studie.
Während die Studie darauf hindeutet, dass es viele chemische Verbindungen in der Luft geben könnte, die noch nicht gefunden wurden, sagen die Forscher, dass sie sich keine Sorgen über die neue Entdeckung machen.
„Diese Verbindungen gab es schon immer, wir wussten nur nichts davon. Aber die Tatsache, dass wir jetzt Beweise dafür haben, dass die Verbindungen gebildet werden und für eine gewisse Zeit leben, bedeutet, dass es möglich ist, ihre Wirkung gezielter zu untersuchen und zu reagieren, wenn sie sich als gefährlich herausstellt“, erklärte Dr. Grum Kjærgaard.
„Tatsächlich ist die uns umgebende Luft ein riesiges Gewirr komplexer chemischer Reaktionen. Als Forscher müssen wir aufgeschlossen bleiben, wenn wir beim Finden von Lösungen besser werden wollen“, schloss Dr. Jing Chen.