Essendo il primo a tracciare completamente la chimica mutevole delle molecole di carbonio nell'aria, un professore del Virginia Tech potrebbe cambiare il modo in cui studiamo gli inquinanti, smog, ed emissioni in atmosfera.

Gabriel Isaacman-VanWertz, scienziato a capo di un nuovo studio pubblicato in Chimica della natura e assistente professore nel dipartimento di ingegneria civile e ambientale della Virginia Tech, ha stabilito un metodo per tracciare le reazioni tra l'aria e i composti a base di carbonio, un'impresa che in precedenza era sfuggente ai ricercatori.

Questa nuova scoperta potrebbe consentire ai ricercatori di studiare l'inquinamento, smog, e foschia in modo completo, supportato da dati che descrivono accuratamente il comportamento di un composto nel tempo.

"Ci sono decine di migliaia di composti diversi nell'atmosfera, "Ha detto Isaacman-VanWertz. "In generale, l'obiettivo del mio lavoro è studiare la chimica di come quelle decine di migliaia di composti interagiscono tra loro e cambiano con il tempo".

Quando un determinato composto viene introdotto nell'atmosfera, reagisce chimicamente per formare altri composti e molecole nel tempo, spiega Isaacman-VanWertz, che ha iniziato questa ricerca come ricercatore post-dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology con il coautore dello studio Jesse Kroll.

Isaacman-VanWertz è particolarmente concentrato sullo studio del modo in cui l'atmosfera interagisce con i composti organici, i composti contenenti carbonio che costituiscono tutti gli esseri viventi. Grandi quantità di questi composti sono emesse da fonti naturali e attività umane.

Qualsiasi cosa con un profumo emette composti organici:agrumi, aceto, acetone, e benzina, Per esempio. Una volta che questi composti emessi entrano nell'atmosfera, cambiano in modi complessi per formare centinaia o migliaia di altri composti.

In precedenza, tracciare il modo in cui il carbonio cambia una volta che entra nell'atmosfera è stata una sfida. Grazie agli strumenti sviluppati nell'ultimo decennio, questo studio ha scoperto che ora è possibile la misurazione completa del carbonio nell'atmosfera, sebbene richieda ancora strumenti all'avanguardia e un'attenta analisi.

Per questo progetto, Isaacman-VanWertz ha studiato l'odore del pino, che è costituito da un composto organico noto come pinene.

Isaacman-VanWertz e i suoi collaboratori al MIT hanno utilizzato cinque spettrometri, strumenti avanzati che classificano le sostanze chimiche in base alle loro masse e agli atomi che contengono, per misurare le caratteristiche del carbonio all'interno di un sacchetto di teflon dell'altezza di una persona in un ambiente climatizzato, stanza attrezzata con luce nera.

Quando hanno acceso le luci nere, era come accendere il sole, ha detto Isaacman-VanWertz. La luce del "sole" stimolava la chimica del pinene all'interno della camera e simulava le reazioni che si sarebbero verificate nell'atmosfera.

Ogni spettrometro aveva il compito di raccogliere un certo insieme di dati durante la reazione trascorsa, come il monitoraggio di intervalli specifici di composti chimici. Una delle parti più difficili di questo esperimento è stata mettere tutte queste misurazioni sulla stessa scala, ha detto Isaacman-VanWertz. Comprendere i dettagli e le misurazioni specifici di ogni strumento può essere così complesso, Egli ha detto, ci sono dottorandi che scrivono intere tesi su questi argomenti.

Isaacman-VanWertz e i suoi collaboratori sono stati in grado di, per la prima volta, tracciare completamente il carbonio nelle molecole di pinene dall'inizio alla fine mentre subiscono cambiamenti chimici come farebbero nell'atmosfera. Gli atomi di carbonio nel pinene non scompaiono dopo la loro introduzione iniziale nell'atmosfera:si trasformano in centinaia di composti diversi attraverso una cascata di reazioni chimiche.

Sebbene la miscela iniziale di composti formati dalle reazioni del pinene sia molto complessa, è stato scoperto che tutto il carbonio finisce in "serbatoi" che sono relativamente stabili e non reagiscono ulteriormente nell'atmosfera.

Cosa c'è di più, il processo è probabilmente simile per altri composti a base di carbonio. Isaacman-VanWertz ha scelto il pinene perché è stato ampiamente studiato, così poteva usare il lavoro precedente per dare un senso alle sue osservazioni.

Sebbene il pinene sia emesso naturalmente, il suo comportamento è sufficientemente comparabile per anticipare meglio il modo in cui altri composti, come quelli negli inquinanti, smog, e foschia, reagirà nell'aria. Comprendere questo aiuta a "dipingere un quadro generale dell'atmosfera, "Ha detto Isaacman-VanWertz.

Per esempio, questi risultati aiuteranno altri ricercatori a capire come gli inquinanti di una centrale elettrica potrebbero trasformarsi nell'atmosfera e avere un impatto su una comunità sottovento.

"Se riesci a capire come avviene la chimica, quindi puoi capire che tipo di inquinanti ci saranno nell'atmosfera in base a quanto sei lontano da una fonte inquinante, "Ha spiegato Isaacman-VanWertz.

Isaacman-VanWertz spera che altri ricercatori si baseranno sui risultati di questo studio. Vuole sapere se la tendenza dei composti emessi a diventare componenti atmosferici di lunga durata è generalmente applicabile ad altri composti e come questo processo potrebbe coesistere o competere con altri processi che si verificano nell'atmosfera.