Özgür Bilgi Kanalı

Doğal Aerosoller

Büyük Dumanlı Dağlar, yeni bir Caltech çalışmasında yer alan türden bol miktarda doğal aerosol içeren bir yer örneğidir.
Şehir sakinleri uzun zamandır imalat, çim biçme, araba kullanma ve hatta yemek pişirme gibi çeşitli emisyon üreten insan faaliyetlerinin bir sonucu olarak kentsel alanların üzerinde asılı kalan o çirkin puslu dumanla mücadele etmek zorunda kalmıştır.

Bu emisyonlar karbondioksit, azot oksitler ve uçucu organik bileşikler (VOC’ler) gibi gazların yanı sıra aerosol olarak bilinen küçük katı parçacıklardan oluşmaktadır.

Sisli bir günde ufka doğru baktığınızda gördüğünüz pus, esas olarak hem doğrudan atmosfere yayılan (ve dolayısıyla “birincil aerosoller”) hem de güneş ışığının emisyonlardaki VOC’ler gibi bileşiklerle etkileşimi nedeniyle atmosferde oluşan (“ikincil aerosoller”) bu aerosol partikülleridir.

Ancak aerosol partiküllerinin tek kaynağı insan faaliyetleri değildir. Ağaçlar ve diğer bitki örtüsü de güneş ışığı kaynaklı kimya yoluyla ikincil aerosoller üreten VOC’leri çok büyük miktarlarda salmaktadır. Örneğin, Büyük Dumanlı Dağlar’ın mavi dumanından sorumlu olan bu aerosollerdir. İnsan kaynaklı benzerleri gibi, bu doğal aerosoller de hava kalitesini etkilerken, iklim üzerinde de önemli etkileri vardır.

Caltech’teki araştırmacılar tarafından yürütülen yeni bir çalışma, ağaçlar tarafından salınan VOC’lerin atmosferik kimya yoluyla aerosollere nasıl dönüştürüldüğüne dair önemli ayrıntıları ilk kez ortaya koyuyor.

Science dergisinde yayınlanan araştırmayı açıklayan makale, Louis E. Nohl Kimya Mühendisliği Profesörü John Seinfeld; R. Stanton Avery Atmosferik Kimya ve Çevre Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Paul Wennberg; Victor ve Elizabeth Atkins Kimya Profesörü ve Heritage Tıbbi Araştırma Enstitüsü araştırmacısı Brian Stoltz’un laboratuvarları arasındaki ortak bir çalışmaydı.

Makalenin başyazarı ve eski Caltech kimya yüksek lisans öğrencisi, şimdi Washington Üniversitesi’nde Ulusal Bilim Vakfı (NSF) Doktora Sonrası Araştırmacısı olan Christopher Kenseth (PhD ’22), “Biraz mantıksız bir şekilde, küresel atmosferdeki aerosollerin çoğu doğrudan insan kaynaklarından gelmiyor ve bu esas olarak ormanların kara yüzeyinin şehirlerden çok daha büyük bir bölümünü oluşturduğu gerçeğinin bir ürünü” diyor.

“Bitkilerden ve ağaçlardan kaynaklanan VOC emisyonları, küresel olarak atmosferik aerosollerin önemli bir kısmını üretir ve bu da iklim sisteminde çok önemli bir rol oynar.”

Kenseth aerosollerin iklimi iki şekilde etkilediğini söylüyor: Birincisi, gelen güneş ışığını yansıtarak Dünya yüzeyine ulaşmasını engellerler (tıpkı Los Angeles’ta sisli bir günde dağları görmenizi engelleyebilecekleri gibi). İkincisi, güneş ışığını uzaya geri yansıtan bulutların oluşumu için bir tohum görevi görürler. Aslında aerosol parçacıkları olmasaydı, atmosferde çok daha az bulut olurdu.

Bitkiler ve ağaçlar ikincil aerosoller oluşturan sayısız bileşik yayarlar, ancak bu çalışmada araştırmacılar özellikle kozalaklı ağaçlardan yayılan ve ağaçlara karakteristik çam kokusunu veren alfa-pinen ve beta-pinen adlı bir çift bileşiğe odaklanmaktadırlar. Bu pinenler ormanlık alanlarda salınan VOC’ların büyük bir kısmını oluşturmakta ve dolayısıyla aerosol oluşumunun çoğundan sorumlu olduğu düşünülmektedir.

Atmosferik aerosollerin küresel oluşumunun önemi onlarca yıldır bilinmektedir ve “pinen sistemi” olarak adlandırılan sistem 40 yılı aşkın bir süredir incelenmektedir. Son yirmi yılda, çok sayıda analiz dimerlerin (kimyasal bir bağ ile birbirine bağlanmış iki küçük molekülden oluşan bileşikler) pinen türevi aerosolün ana bileşenleri olduğunu göstermiştir.

Bununla birlikte, pinenden aerosol oluşturan oksidasyon kimyası son derece karmaşık olduğundan, atmosferik kimyacılar daha önce bu dimerlerin kimlikleri ve buna bağlı olarak nasıl oluştukları konusunda tahminler geliştirmişlerdi.

Mevcut çalışmada Kenseth, laboratuvar deneyleri ve organik sentezin bir kombinasyonunu kullanarak pinen türevi aerosolde tanımlanan dimerlerin yapılarını ve oluşum mekanizmasını ortaya çıkarmak için Seinfeld, Wennberg ve Stoltz laboratuvarlarındaki kaynaklara güvendi.

Wennberg, “Pinen dimerlerinin bilinen önemi göz önüne alındığında, oluşum mekanizmalarının bu kadar uzun süre belirsiz kalması şaşırtıcı” diyor. “Bu bilimi mümkün kılan, varsayılan bileşikleri sentezleme ve davranışlarını inceleme becerisine gerçekten bir övgüdür.”

Kenseth, gerçek atmosferi taklit eden ancak sıcaklık ve nem gibi koşulların sıkı bir şekilde kontrol edilmesini sağlayan büyük (24.000 litre) bir Teflon torba olan Caltech Çevre Odası’nda pinen türevi aerosol üretti.

Aerosolü filtreler üzerinde toplayarak ve kütle spektrometresi kullanarak moleküler bileşimini analiz ederek Kenseth, aerosol örneklerinde tanımlanan ana dimerler için yapılar önerebildi. Kenseth daha sonra önerilen bileşikleri sentezlemek için Stoltz laboratuvarındaki araştırmacılarla işbirliği yaptı ve ardından yine kütle spektrometresi kullanarak sentezlenen dimerlerin yapılarının aerosolde tanımlanan dimerlerle eşleştiğini belirledi.

“Bu bizi heyecanlandıran bir şeydi,” diyor Stoltz. “Genelde üzerinde çalıştığımız şeyler çok karmaşıktır. Bu aerosol bileşikleri kıyaslandığında çok küçük moleküller ama kendi içinde karmaşıklıkları yer alıyor.”

Dimerlerin yapılarını kesin olarak doğrulayan Kenseth, oluştukları ayrıntılı kimyasal mekanizmayı deşifre etmek için Caltech odasında ek deneyler gerçekleştirdi. Deneyler, dimerin iki yarısını birbirine bağlayan bağın, oksidasyon ürünlerinin gaz olarak mevcut olmasının aksine aerosol partiküllerinde oluştuğunu göstermiştir.

Kenseth, “Bu, aerosol kimyasında uzun süredir devam eden bir bulmacayı çözdü” diyor. “Bu dimerlerin aerosol üretiminin önemli etkenleri olduğunu onlarca yıldır biliyorduk, ancak yalnızca gerçek standartları sentezleyerek yapılarını somut olarak belirleyebildik ve ardından oluşum mekanizmalarını çözen deneyleri tasarlayabildik.”

Bu keşif, Seinfeld ve Wennberg gibi atmosferik kimyagerler için önemlidir çünkü atmosferik aerosollerin bileşimi ve oluşum kimyası hakkındaki anlayışta önemli bir boşluğu doldurmaktadır; bu bilgi, çevresel ve sağlık üzerindeki etkilerinin doğru bir şekilde değerlendirilmesi için gereklidir.

“Nasıl oluştuklarını bilmek, başka hangi bileşiklerin de bu tür aerosoller üretebileceğini anlamamızı sağlar. Bir mekanizma olmadan, VOC’lerin tüm kataloğunu araştırmamız gerekirdi ki bu da esasen imkansız olurdu” diyor Wennberg.

Seinfeld ekliyor: “Aerosol oluşum kimyasının moleküler düzeydeki ayrıntılarını karakterize etmek, atmosfer kimyasındaki tartışmasız en zorlu araştırma alanıdır. Bu çalışma sadece kullanılan metodoloji açısından değil, aynı zamanda bu alanda önemli bir karmaşık kimyasal reaksiyonun tüm yönlerinin artık iyi anlaşıldığı nadir bir durumu temsil ettiği için de bir dönüm noktasıdır.”

Yazan: Emily Velasco

Kaynak: Caltech


Yemliha Toker

Yemliha Toker

Profesyonel SEO Uzmanı ve E-ticaret uzmanıyım. https://yemlihatoker.com web adresim aracılığı ile SEO hakkında yanlış bilinen gerçekleri bildirmek ve SEO'yu öğrenmek isteyen herkese yardımcı olmaya çalışıyorum.