В атмосфере обнаружен новый тип чрезвычайно химически активного вещества

Впервые в атмосфере был обнаружен совершенно новый класс сверхреактивных химических соединений, так называемых триоксидов - чрезвычайно окисляющих химических соединений, которые могут проникать в мельчайшие частицы воздуха и, вероятно, влиять как на здоровье человека, так и на глобальный климат.

Широко известным химическим соединением является перекись водорода. Все пероксиды имеют два атома кислорода, присоединенных друг к другу, что делает их высокореактивными и часто легковоспламеняющимися и взрывоопасными. Они используются для всего: от отбеливания зубов и волос до промывания ран и даже в качестве ракетного топлива. Но пероксиды также содержатся в окружающем нас воздухе.

В последние годы появились предположения о том, что триоксиды - химические соединения с тремя атомами кислорода, присоединенными друг к другу, и поэтому еще более реакционноспособные, чем пероксиды, - также присутствуют в атмосфере. Но до сих пор это не было однозначно доказано.

"Именно этого мы сейчас и добились", - говорит профессор Хенрик Грум Кьергаард с химического факультета Копенгагенского университета. Кьергаард является старшим автором исследования, только что опубликованного в престижном журнале Science.

Он продолжает:

"Обнаруженные нами соединения уникальны по своей структуре. И, поскольку они являются чрезвычайно окислительными, они, скорее всего, вызывают целый ряд эффектов, которые нам еще предстоит раскрыть".

Гидротриоксиды (ROOOH), как они известны, представляют собой совершенно новый класс химических соединений.  Исследователи из Университета Копенгагена (UCPH) совместно с коллегами из Института Лейбница по исследованию тропосферы (TROPOS) и Калифорнийского технологического института (Caltech) продемонстрировали, что эти соединения образуются в атмосферных условиях.

Исследователи также показали, что гидротриоксиды образуются при атмосферном разложении нескольких известных и широко распространенных веществ, включая изопрен и диметилсульфид.

"Очень важно, что теперь мы можем показать путем прямого наблюдения, что эти соединения действительно образуются в атмосфере, что они удивительно стабильны и что они образуются практически из всех химических соединений. Теперь все спекуляции должны быть отброшены", - говорит Цзин Чен, аспирант химического факультета и второй автор исследования.

Гидротриоксиды образуются в результате реакции между двумя типами радикалов (см. рисунок ниже). Исследователи ожидают, что почти все химические соединения будут образовывать гидротриоксиды в атмосфере, и оценивают, что время их жизни составляет от нескольких минут до нескольких часов. Это делает их достаточно стабильными для реакции со многими другими атмосферными соединениями. 

Предположительно впитываются в аэрозоли

У исследовательской группы также есть серьезные подозрения, что триоксиды способны проникать в крошечные частицы воздуха, известные как аэрозоли, которые представляют опасность для здоровья и могут привести к респираторным и сердечно-сосудистым заболеваниям.

"Скорее всего, они попадут в аэрозоли, где образуют новые соединения с новыми эффектами. Легко представить, что в аэрозолях образуются новые вещества, которые вредны при вдыхании. Но для изучения этих потенциальных последствий для здоровья необходимы дальнейшие исследования", - говорит Хенрик Грум Кьергаард.

Хотя аэрозоли также влияют на климат, они являются одной из тех вещей, которые труднее всего описать в климатических моделях. По мнению исследователей, существует высокая вероятность того, что гидротриоксиды влияют на количество образующихся аэрозолей.

"Поскольку солнечный свет как отражается, так и поглощается аэрозолями, это влияет на тепловой баланс Земли - то есть на соотношение солнечного света, который Земля поглощает и отправляет обратно в космос. Когда аэрозоли поглощают вещества, они растут и способствуют образованию облаков, что также влияет на климат Земли", - говорит соавтор исследования и аспирант Ева Р. Кьергаард.

Эффект соединения нуждается в дальнейшем изучении

Исследователи надеются, что открытие гидротриоксидов поможет нам больше узнать о влиянии химических веществ, которые мы выбрасываем. 

"Большая часть человеческой деятельности приводит к выбросу химических веществ в атмосферу. Поэтому знание реакций, определяющих химический состав атмосферы, важно, если мы хотим иметь возможность предсказать, как наши действия повлияют на атмосферу в будущем", - говорит соавтор и постдок Кристан Х. Мёллер.

Однако ни он, ни Хенрик Грум Кьергаард не обеспокоены новым открытием:

"Эти соединения всегда существовали - мы просто не знали о них. Но тот факт, что теперь у нас есть доказательства того, что эти соединения образуются и живут определенное время, означает, что можно более целенаправленно изучать их действие и реагировать, если они окажутся опасными", - говорит Хенрик Грум Кьергаард.

"Это открытие позволяет предположить, что в воздухе может находиться множество других вещей, о которых мы еще не знаем. Действительно, окружающий нас воздух - это огромный клубок сложных химических реакций. Как исследователи, мы должны сохранять непредвзятость, если хотим лучше находить решения", - заключает Цзин Чен.