หมอกควัน

การค้นพบของพวกเขาซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 21 มีนาคม น่าจะช่วยผู้เชี่ยวชาญด้านคุณภาพอากาศในการกำหนดกลยุทธ์ที่ดีกว่าในการลดโอโซนสำหรับกว่า 300 มณฑลทั่วสหรัฐอเมริกาด้วยระดับโอโซนที่เกินมาตรฐานใหม่ที่ประกาศเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยหน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังควรเป็นประโยชน์ต่อเมืองต่างๆ ทั่วโลก เช่น เม็กซิโกซิตี้และปักกิ่ง ซึ่งขณะนี้กำลังต่อสู้กับปัญหาคุณภาพอากาศและหมอกควันในเมือง ปัจจุบัน ผู้คนมากกว่า 100 ล้านคนทั่วโลกอาศัยอยู่ในเมืองที่คุณภาพอากาศไม่ผ่านมาตรฐานสากล "การศึกษาครั้งนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับเคมีของการผลิตโอโซนในเมือง" Amitabha Sinha ศาสตราจารย์ด้านเคมีและชีวเคมีแห่ง UC San Diego ซึ่งเป็นหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว "มันแสดงให้เราเห็นว่าเคมีของโอโซนในเมืองนั้นซับซ้อนกว่าที่เราคิดไว้ในตอนแรก ด้วยความรู้ที่ดีขึ้นเกี่ยวกับวิธีการผลิตโอโซน เราควรอยู่ในตำแหน่งที่ดีขึ้นในการควบคุมคุณภาพอากาศของเขตเมืองขนาดใหญ่ทั่วสหรัฐอเมริกาเช่นกัน เช่นเดียวกับทั่วโลก” ระดับโอโซนในเขตเมืองจะสูงสุดในช่วงเวลาบ่ายของเมืองใหญ่ หลังจากเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของแสงแดดกับไฮโดรคาร์บอนและไนโตรเจนออกไซด์จากไอเสียรถยนต์ การผลิตโอโซนเริ่มต้นขึ้นเมื่ออนุมูลไฮดรอกซิล (OH) ถูกผลิตขึ้นจากไอน้ำ นักเคมีบรรยากาศสันนิษฐานมานานแล้วว่าส่วนแบ่งของสิงโตใน OH ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตโอโซนในเมืองนั้นเกิดขึ้นเมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 320 นาโนเมตรแยกตัวของโอโซนโดยรอบเพื่อสร้างอะตอมออกซิเจนที่กระตุ้น หมอกควัน ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำเพื่อผลิตอนุมูลไฮดรอกซิล . อนุมูล OH เหล่านี้จะโจมตีไฮโดรคาร์บอนในเวลาต่อมาและผลิตภัณฑ์ที่ตามมาจะรวมกันผ่านปฏิกิริยาทางเคมีกับไนตริกออกไซด์, NO, เพื่อผลิตไนโตรเจนไดออกไซด์, NO 2และในที่สุดโอโซน O 3 . ทีมของ Sinha พบในการทดลองในห้องปฏิบัติการว่าปฏิกิริยาเคมีอีกแบบหนึ่งยังมีบทบาทสำคัญในการผลิตอนุมูล OH ในเมือง ซึ่งอาจเทียบได้กับปฏิกิริยาของอะตอมออกซิเจนที่ตื่นเต้นกับไอน้ำภายใต้เงื่อนไขบางประการ กลไกใหม่นี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างไอน้ำกับ NO 2ในสถานะ "ตื่นเต้น" ทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ NO2 ดูดซับแสงที่มองเห็นได้ระหว่างความยาวคลื่น 450 ถึง 650 นาโนเมตร นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้เสนอวิธีการผลิตอนุมูล OH นี้เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2540 อย่างไรก็ตาม การตรวจวัดไม่พบอนุมูล OH ใดๆ ที่ก่อตัวขึ้น และเป็นผลให้พวกเขาเสนอว่าปฏิกิริยาดังกล่าวจะมีบทบาทเล็กน้อยในชั้นบรรยากาศ การวัดล่าสุดโดยทีม UC San Diego แนะนำว่าวิธีการผลิตอนุมูล OH นี้เกิดขึ้นในอัตราที่เร็วกว่าที่ประเมินไว้ก่อนหน้านี้ถึงสิบเท่า และเนื่องจากรังสีในช่วงความยาวคลื่น 450 ถึง 650 นาโนเมตรไม่ถูกกรองออกไปอย่างมีประสิทธิภาพในส่วนที่ต่ำที่สุดของชั้นบรรยากาศเท่ากับรังสีอัลตราไวโอเลตในช่วงความยาวคลื่น 320 นาโนเมตรที่สร้างอนุมูล OH จากไอน้ำและโอโซน Sinha และนักวิทยาศาสตร์ด้านบรรยากาศคนอื่นๆ เชื่อว่า มีแนวโน้มที่จะมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของหมอกควัน "การระบุแหล่งที่มาของการผลิตอนุมูล OH ในชั้นบรรยากาศมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจวิธีการควบคุมปัญหาโอโซน เนื่องจากเป็นปฏิกิริยาของอนุมูล OH กับไฮโดรคาร์บอนที่นำไปสู่โอโซนในเมืองในที่สุด" Sinha กล่าว "เคมีของการผลิตโอโซนในเมืองมีความซับซ้อนและซับซ้อนขึ้นอีกเล็กน้อยด้วยการเพิ่มแหล่งอนุมูล OH ใหม่นี้" ทีมงานของ Sinha ซึ่งรวมถึงเพื่อนหลังปริญญาเอก Shuping Li และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Jamie Matthews สามารถทำการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยานี้ได้อย่างแม่นยำที่สุดจนถึงปัจจุบันด้วยเทคนิคเลเซอร์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งช่วยให้ทีมตรวจสอบอนุมูล OH ได้โดยตรงอย่างมีนัยสำคัญ ความไวสูงกว่าที่เคยใช้เพื่อศึกษาปฏิกิริยานี้ "มันเป็นปฏิกิริยาที่ค่อนข้างช้าโดยมีอัตราที่ช้ากว่าการผลิต OH อย่างน้อยหนึ่งพันเท่าจากปฏิกิริยาของอะตอมออกซิเจนที่ตื่นเต้นกับโมเลกุลของน้ำ" Sinha กล่าว "อย่างไรก็ตาม มีการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์จำนวนมากลงมาในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ ดังนั้นแม้แต่ปฏิกิริยาที่ช้าก็อาจกลายเป็นสิ่งสำคัญ ผลที่สุดคือแบบจำลองชั้นบรรยากาศไม่สนใจปฏิกิริยานี้โดยสิ้นเชิง โดยสันนิษฐานว่าเนื่องจากไม่สามารถมองเห็นสิ่งใดได้โดยใช้เทคนิคแบบเดิม จะต้องไม่มีอะไรเกิดขึ้น"