Лес дышит, а химики считают. Ученые из Лейбницкого института тропосферных исследований (TROPOS) в Лейпциге разобрались, как именно изопрен — газ, который в огромных количествах выделяют деревья, — превращается в воздухе во что-то другое. Оказалось, процесс сложнее, чем думали раньше.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Каждый год леса выбрасывают в атмосферу около 600 миллионов тонн углерода в виде изопрена. Под действием солнечного света и других факторов он вступает в реакцию с гидроксильными радикалами (OH) — это что-то вроде «химического чистильщика» атмосферы.

В итоге образуются неустойчивые соединения — пероксидные радикалы, которые быстро меняют структуру.

Их дальнейшая судьба до конца не ясна, хотя именно эти реакции определяют химию воздуха, особенно в тропиках.

Эксперименты провели в специальной установке, имитирующей атмосферные условия. Использовали сверхчувствительные методы, чтобы отследить даже минимальные концентрации продуктов реакции. Результаты подтвердили старые данные, но кое-что оказалось сюрпризом.

• Новые соединения. Впервые обнаружили цепочки превращений, ведущие к образованию C₄— и C₅-продуктов.
• Автоокисление. За секунды изопрен превращался в высокоокисленные формы — C₅H₉O₈ и C₅H₉O₉. Их выход всего 0,3%, но из-за гигантских объемов выбросов это может влиять на атмосферу.

Глобальное моделирование показало: таких радикалов образуется около 4 миллионов тонн в год — столько же, сколько при окислении α-пинена (другого важного природного соединения). Дальше они реагируют с оксидом азота (NO) и гидропероксидными радикалами (HO₂), но точные продукты этих реакций пока неизвестны.

Казалось бы, 0.3% — мелочь, — говорит Торстен Берндт, руководитель исследования. — Но масштабы выбросов изопрена таковы, что даже эти доли могут играть роль.

Теперь вопросов больше, чем ответов. Эти новые соединения могут влиять на образование аэрозолей, облаков и даже климат. Но чтобы понять как, нужны новые эксперименты.

Это фундаментальная работа, но с прикладными последствиями.

• Уточнение моделей. Климатические прогнозы станут точнее, если учесть новые пути распада изопрена.
• Аэрозоли и облака. Если высокоокисленные формы влияют на рост частиц, это меняет наши представления о формировании облаков и их влиянии на климат.
• Экология городов. В смеси с выхлопными газами (NOx) изопрен дает органические нитраты — компонент смога.

Отметим, что эксперименты проводили в идеализированных условиях лаборатории. В реальной атмосфере, где есть пыль, перепады влажности и температуры, процессы могут идти иначе.

Ранее ученые заявили, что деревья участвуют в загрязнении среды.