Un chimiste britannique explore le processus qui jaunit les particules atmosphériques après les incendies

LEXINGTON, Kentucky (18 avril 2023) —Des chercheurs de l'Université du Kentucky étudient comment les réactions chimiques dans l'air après les incendies de forêt contribuent aux changements de couleur des particules d'aérosol.

Marcelo Guzman, Ph.D., est professeur agrégé au Département de chimie du Collège et Arts et sciences. Il dirige le Laboratoire de chimie environnementale.

Guzman, chercheur principal, a travaillé avec l'étudiant diplômé Sohel Rana sur l'étude financée par la National Science Foundation. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Environmental Science & Technology.

Guzman et Rana étudient comment les produits chimiques présents dans la fumée atmosphérique réagissent après un incendie de forêt, une catastrophe d'origine humaine ou des processus agricoles/industriels. Le processus de combustion libère des produits chimiques toxiques appelés phénols qui réagissent avec des composés déjà présents dans l'atmosphère avec l'eau et l'air.

La recherche de Guzman explore ces réactions nocturnes, qui n'ont pas été aussi largement étudiées. Le processus crée des nitrophénols jaunâtres et toxiques dans une atmosphère polluée. Les produits de réaction jaunâtres sont également capables d'absorber la lumière du soleil et de modifier la quantité de rayonnement qui reste dans l'atmosphère.

"Personne n'avait pensé à ce processus chimique fréquent auparavant, qui devrait être assez courant dans l'atmosphère", a déclaré Guzman. "Il était généralement admis que les nitrophénols atmosphériques sont produits lorsque les molécules en phase gazeuse réagissent ensemble, mais nous démontrons ici que des processus alternatifs pour leur formation sont catalysés à l'interface de l'eau et de l'air.

"Les scientifiques n'ont pas envisagé auparavant la possibilité que de telles réactions se produisent à la frontière avec l'air, comment elles pourraient être initiées ou les mécanismes par lesquels les radicaux nitrates peuvent contribuer à de telles oxydations."

Une fois dans l'air, les phénols peuvent réagir directement avec les radicaux nitrates - un composé composé d'oxygène lié à l'azote et un acteur important dans les réactions entre les composants atmosphériques - créant des aérosols organiques.

"Les études précédentes se limitaient généralement à expliquer le rôle du radical nitrate gazeux en tant qu'acteur qui vole un atome d'hydrogène à un phénol gazeux, ce qui ne devrait pas être le cas lorsque l'eau participe au mouillage de la surface des particules d'aérosol en suspension dans l'air", a déclaré Guzman.

L'étude a également comparé les réactions des radicaux nitrates et de l'ozone avec les polluants phénoliques. Les chercheurs ont découvert qu'un flux d'électrons des molécules polluantes vers les radicaux nitrates ou l'ozone est essentiel à l'initiation du processus.

Certaines autres molécules organiques présentes dans l'atmosphère peuvent réagir avec les radicaux nitrates, tout comme ces produits chimiques le font à l'interface air-eau.

"Lorsque les radicaux nitrates attaquent les molécules polluantes dans l'atmosphère, les minuscules particules d'aérosol peuvent jaunir. Par exemple, un aérosol organique secondaire jaunâtre peut également résulter de l'acide muconique, qui est un produit de décomposition courant des phénols exposés à l'ozone dans l'air", a déclaré Guzman.

Des études connexes ont montré que la quantité de lumière solaire absorbée par les aérosols révèle la quantité de « carbone brun », qui donne la couleur jaune, présente dans les particules.

Les chercheurs ont également déterminé que lors des réactions chimiques dans l'atmosphère, de nombreux types de produits chimiques sont rapidement produits, qui sont des composants clés du carbone brun et augmentent l'absorption de la lumière du soleil.

"Comprendre le changement d'absorption de la lumière solaire par ces composés est important car il affecte directement les propriétés de rayonnement de l'atmosphère", a déclaré Guzman.

Vous pouvez trouver l'article complet "Oxydation of Catechols at the Air-Water Interface by Nitrate Radicals" en ligne ici.

Les recherches rapportées dans cette publication ont été soutenues par la National Science Foundation sous le numéro de prix 1903744. Les opinions, constatations et conclusions ou recommandations exprimées sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les vues de la National Science Foundation.

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