Bilim insanları 80 yıllık gizemi çözdü: Ozon bitki emisyonlarını nasıl sise çeviriyor?

Criegee ara ürünleri, uzun süredir bilinen ama doğrudan görülemeyen bir kimyasal basamak olarak öne çıkıyor. Araştırmacılar şimdiye kadar bu yapıları çoğunlukla dolaylı kanıtlarla anlamaya çalışıyordu.

Ağaçlar bu kimyada nasıl rol oynuyor?

İzopren, çoğu insanın adını bile duymadığı ama atmosferde çok yaygın bulunan bir gaz. Ağaçlar ve diğer bitkiler her yıl yüz milyonlarca ton izopren salıyor.

Bu gaz tek başına büyük bir tehdit oluşturmuyor. Ancak alkenler denilen bileşik grubuna giriyor ve atmosferde ozonla tepkimeye giriyor. Ardından zincirleme reaksiyonlar başlıyor.

Bu zincir, ikincil organik aerosoller denilen parçacıkları oluşturuyor. Bu parçacıklar şehirlerin üzerinde asılı kalan pusun önemli bölümünü meydana getiriyor, güneş ışığını saçıyor ve akciğerlerin derin bölgelerine kadar ulaşabiliyor.

Bitkiler dünyanın izopreninin büyük kısmını üretiyor olsa da, çalışma ormanların hava kirliliğinin nedeni olduğunu söylemiyor. Araştırmanın işaret ettiği nokta başka: yüzeye yakın ozonun bu reaksiyonları beslemesi.

Zhang, ozonu azaltmanın pratikte azot oksitler ile uçucu organik bileşiklerin salımını düşürmek anlamına geldiğini söylüyor. Bu iki grup, ozon oluşumunu besleyen ana kirleticiler arasında yer alıyor.

Reaksiyonun ilk anı neden bu kadar önemli?

Bilim insanları on yıllardır ozonun izopren ve benzeri alkenlerle tepkimeye girdiğini biliyor. Ancak reaksiyonun ilk anları, çok kısa sürdüğü için görünmez kalıyordu.

Süreç, saniyenin yüzde biri kadar küçük zaman dilimlerinde ilerliyor. Bu kadar hızlı gelişen bir kimyada oluşan moleküller, sıradan ölçüm yöntemleri devreye girmeden yok oluyor.

Criegee ara ürünleri, yaklaşık 80 yıl önce Alman organik kimyager Rudolf Criegee tarafından öne sürülmüştü. Buna rağmen bu ara ürünler, ozonlama reaksiyonlarında doğrudan gözlenememişti.

Zhang, bu durumu bir yemeğin nasıl yapıldığını yalnızca tabağa bakarak tahmin etmeye benzetiyor. Ekip şimdi tarifi doğrudan görebildiğini söylüyor.

Araştırmacılar bu kısa ömürlü molekülleri yakalamak için cavity ring-down spectroscopy adı verilen son derece hassas bir optik teknik kullandı. Bu yöntem, ışığı aynalar arasında yaklaşık 10.000 kez dolaştırıyor.

Teknik, molekülleri toplamak yerine oluştukları yerde izliyor. Böylece yalnızca çok kısa süre yaşayan ve çok düşük yoğunlukta bulunan bileşikleri saptamak mümkün oluyor.

Laboratuvardan hava tahminine

Ekip, bu yöntemle izoprenin ozonla reaksiyonu sırasında oluşan Criegee ara ürünlerini belirledi. Moleküllerin nasıl oluştuğunu ve ne hızla kaybolduğunu da izledi.

Bu ölçümler, reaksiyon hızlarını hesaplamaya ve atmosferdeki kimyasal ağları doğrudan gözlemle sınamaya imkân verdi. Böylece araştırmacılar artık yalnızca geride kalan kararlı ürünlere bakmak zorunda değil.

Çalışma, Zhang’ın laboratuvarında daha önce yayımlanan ve daha basit alkenlerde Criegee ara ürünlerini yakalayan araştırmanın üzerine kuruldu. Ancak bu kez molekül daha karmaşık ve çevresel etkisi daha geniş bir yapıydı.

Araştırmacılar, laboratuvarda elde edilen daha doğru ölçümlerin atmosfer modellerini geliştirebileceğini düşünüyor. Bu modeller, kirlilik olaylarını ve ince parçacık oluşumunu farklı çevresel koşullarda tahmin etmek için kullanılıyor.

Çalışma kontrollü laboratuvar koşullarında yapıldı. Ekip buna rağmen bunun, gerçek atmosferde yürüyen daha karmaşık reaksiyonları incelemek için sağlam bir temel sunduğunu belirtiyor.

Sıradaki adımda aynı teknikler bu kez çam türü bileşiklere uygulanacak. Bu bileşikler de ağaçlardan doğal olarak salınıyor ve ozonla tepkimeye girdiğinde hava kirliliğine katkı verebiliyor.

Zhang, “Seksen yıl boyunca bilim insanları bu reaksiyonların ilk anında ne olduğunu yalnızca tahmin edebiliyordu. Artık onları izleyebiliyoruz” diyerek bulgunun önemini anlatıyor.

Sonuçlar neyi gösteriyor, neyi göstermiyor?

Bu çalışma, ormanların kirlilik kaynağı olduğunu göstermiyor. Tam tersine, doğal salımlar ile yüzeye yakın ozonun birleştiğinde hangi kimyasal zinciri başlattığını görünür kılıyor.

Çalışma ayrıca şu noktayı da ortaya koyuyor: kirliliği azaltmak için bitkileri değil, ozonu besleyen insan kaynaklı emisyonları hedeflemek gerekiyor. Bu ayrım, hava kalitesi politikaları açısından kritik.

Ölçümün künye bilgisi

• Çalışma türü: laboratuvar ölçümü

• Dergi: Nature Communications

• İlk yazar: Lei Yang

• Eş yazarı: Jingsong Zhang

• Konu: izopren ozonlamasında Criegee ara ürünlerinin doğrudan ölçümü

Bu tür temel araştırmalar, gündelik hayatta görünmeyen kimyasal zincirleri anlaşılır hâle getiriyor. Özellikle kent havası, orman salımları ve kirletici politikaları aynı denklemde buluştuğunda, ölçüm kabiliyeti tartışmanın merkezine yerleşiyor. Buradaki asıl değer, doğayı suçlamak yerine süreci doğru okumayı sağlaması.