Les méthodes de détection hautement sensibles permettent des informations toujours plus profondes sur les processus chimiques complexes dans l'atmosphère: les chercheurs de l'Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (Tropos) à Leipzig ont trouvé une série de canaux de nouveaux produits dans une étude de produit détaillée sur la dégradation oxydative de l'isoprène dans la phase gazeuse, qui permet une meilleure compréhension mécaniste de ce processus important pour la chimie atmosphérique. Les résultats ont été publiés dans la revue Communications de la nature.
Isoprène (c5H8)), principalement produite par les forêts à feuilles caduques, est l'un des composés non méthane les plus importants avec un taux d'émission annuel d'environ 600 millions de tonnes métriques de carbone libérées dans l'atmosphère. La dégradation de l'isoprène se déroule presque exclusivement dans la phase gazeuse par réaction avec le radical OH, qui est considéré comme un agent de lavage oxydatif de l'atmosphère. Cela produit initialement HO-C structurellement différent5H8O2 Radicaux peroxy, qui sont en équilibre les uns avec les autres.
Malgré leur immense importance, leurs autres voies de réaction ne sont pas encore entièrement comprises. Les réactions à l'isoprène dominent les processus en phase gazeuse, en particulier sous les tropiques, aux côtés de ceux du méthane (CH4) et le monoxyde de carbone (CO).
Les expériences de Tropos ont été réalisées dans un grand système d'écoulement à 1 bar à température ambiante. Le contrôle de la réaction a été conçu de manière à ce que la formation de produits puisse être surveillée pour les concentrations atmosphériques des intermédiaires réactifs. La spectrométrie de masse très sensible a été utilisée pour détecter sélectivement la formation de radicaux peroxy et de produits stables. Le bon accord des résultats utilisant différents schémas d'ionisation a confirmé la fiabilité des résultats.
Les résultats des enquêtes en laboratoire de Leipzig étaient largement en accord avec les connaissances antérieures sur la dégradation de l'isoprène. Cependant, certains C4– et c5-Les produits et leurs voies de formation ont été décrits pour la première fois. Un intérêt particulier a été le traçage de la formation de radicaux peroxy très oxydés de la composition C5H9O8 et c5H9O9qui sont formés via des processus dits d'autoxydation sur une courte échelle de temps de secondes.
« Le rendement molaire des espèces hautement oxydées en fonction des processus concurrents n'est que de 0,3% au maximum, ce qui semble négligeable au début », explique le Dr Torsten Berndt de Tropos, qui a planifié et réalisé les expériences. « Cependant, l'énorme taux d'émission d'isoprène fait la formation de C5H9O8 et c5H9O9 potentiellement très intéressant à une échelle absolue. «
Afin d'évaluer davantage la signification de ces voies de réaction, ils ont ensuite été mis en œuvre dans un modèle mondial de climatisation. Les simulations de modèle réalisées ont montré qu'environ 4 millions de tonnes métriques de radicaux de peroxy isoprène hautement oxydés (C5H9O8 et c5H9O9) sont formés à l'échelle mondiale chaque année.
« Fait intéressant, les taux de production modélisés sont du même ordre de grandeur que la formation des produits analogues (C10H17O7 et c10H15O8,10) à partir de l'oxydation de l'α-pinène. Cette voie de formation était auparavant considérée comme le processus le plus important pour la formation de produits en phase gazeuse hautement oxydés dans l'atmosphère « , ajoutent les scientifiques responsables de la modélisation mondiale, le Dr Erik Hoffmann et le Dr Andreas Tilgner.
Dans une nouvelle étape de réaction, le C5H9O8 et c5H9O9 Les radicaux réagissent dans l'atmosphère principalement avec le monoxyde d'azote (NO) et les radicaux hydroperoxy (HO2). La réaction sans conduit principalement à la formation des nitrates organiques hautement oxydés correspondants si le chimique C5-Les structures sont conservées. La formation de produits dans le cas de la réaction avec HO2 est toujours spéculatif et nécessite une enquête plus approfondie.
En conclusion, les scientifiques soulignent que les nouvelles résultats de la recherche soulèvent un certain nombre de questions. Les produits hautement oxydés de l'isoprène pourraient influencer une variété de processus tels que la croissance des particules d'aérosol atmosphérique et la formation de matière organique secondaire.
Ces processus sont étroitement liés à d'importantes interactions aérosol-cloud et à leurs effets climatiques et radiatifs mondiaux. Par conséquent, il faut beaucoup plus d'études pour clarifier adéquatement la signification des nouvelles voies d'oxydation et des produits résultants pour l'atmosphère.
