Gli incendi naturali creano grandi pennacchi di fumo che vengono trasportati a diverse centinaia di miglia di distanza nell'atmosfera esponendo molte persone a sostanze inquinanti che influiscono sulla salute pubblica.

Ogni anno, migliaia di ettari di terreno sono inghiottiti dagli incendi boschivi in ​​tutto il mondo. Proprio nei primi tre trimestri del 2020, più di 2,6 milioni di ettari negli Stati Uniti occidentali sono stati consumati dagli incendi. Come la biomassa negli alberi, cespugli, erba, e la torba è bruciata, grandi quantità di fumo, fuliggine, e altri inquinanti vengono emessi nell'atmosfera. Il fumo può quindi salire di diversi chilometri di altitudine e diffondersi in vaste regioni continentali, inquinando l'aria di zone lontane. Per esempio, molti residenti negli stati della California, Washington e l'Oregon hanno recentemente sperimentato la scarsa qualità dell'aria del fumo nebuloso.

Il professore di chimica Marcelo Guzman dell'Università del Kentucky guida un progetto di ricerca della National Science Foundation, che sta studiando come le emissioni da combustione di biomasse, compresi gli incendi, cambiare con il tempo nell'atmosfera per creare nuove sostanze chimiche che hanno un impatto sulla salute delle società e sul clima della Terra. Guzman, insieme allo studente laureato Sohel Rana, attentamente studiato in laboratorio la chimica atmosferica eterogenea dei metossifenoli, che sono tra le molecole più abbondanti emesse durante la combustione della biomassa. Il team ha evidenziato che quando i metossifenoli reagiscono alle interfacce, vale a dire come sulla superficie di acque nuvolose e nebbiose, nonché particelle di aerosol dall'inquinamento, i processi di trasferimento di elettroni e protoni sono favoriti per convertire rapidamente molecole aromatiche in prodotti altamente solubili in acqua.

"Quando si osservano i meccanismi che subiscono questi metossifenoli quando esposti al gas di ozono di fondo e ai radicali liberi idrossili durante il trasporto atmosferico, puoi iniziare a spiegare l'osservazione comune degli acidi carbossilici multifunzionali come specie abbondanti in molte particelle nell'aria che respiriamo. Il rapporto identifica canali di reazione unici che possono essere utilizzati per distinguere il contributo del trattamento atmosferico delle emissioni della combustione della biomassa rispetto ad altre possibili fonti di acidi carbossilici multifunzionali, ' ha detto il prof. Guzman. "Il lavoro non è solo fondamentalmente interessante, ma identifica le firme specifiche per la trasformazione diurna dei metossifenoli emessi dagli incendi boschivi mentre invecchiano nell'atmosfera."

Per fare questo, i ricercatori hanno utilizzato uno strumento speciale in laboratorio che replica la reazione rapida tra i marcatori di metossifenoli della combustione della biomassa e il gas ozono all'interfaccia dell'aria con gocce d'acqua di dimensioni micrometriche. Quindi variano le concentrazioni e l'acidità negli esperimenti per vedere come cambia la chimica dell'interfaccia per le diverse condizioni che si verificano nell'ambiente.

"Stiamo cercando di capire le trasformazioni dominanti dei metossifenoli dal fumo nell'atmosfera, determinare la loro vita, e stabilire come si evolvono chimicamente alle interfacce, ' ha detto il prof. Guzman. 'Vogliamo contribuire a una nuova comprensione del loro impatto sulla salute umana e sul clima. Le molecole invecchiate sono più tossiche? In che modo i cambiamenti strutturali delle molecole contribuiscono a creare particelle che interagiscono con la luce solare influenzando il clima?'

Una scoperta chiave del lavoro è che il materiale rilasciato dagli incendi boschivi può diventare più solubile in acqua e probabilmente tossico nelle due settimane in cui il fumo può essere trasportato nell'atmosfera. Mentre nell'aria i metossifenoli nel fumo reagiscono con l'ozono e i radicali idrossilici per ossidarsi e diventare altamente reattivi. Una persona che respira questi composti reattivi può subire danni ossidativi delle cellule, soprattutto nelle vie respiratorie e nei polmoni. Inoltre, questi composti reattivi possono rendere alcune persone più inclini ad altri problemi di salute.

Il prof. Guzman afferma inoltre che la caratterizzazione del trattamento chimico dell'inquinamento da incendi e dalla combustione di legna domestica può aiutare a determinare se il cosiddetto carbonio marrone nella fuliggine emessa dagli incendi contribuisce ad assorbire più calore dal sole o meno. "Mentre le molte piccole molecole nel carbonio marrone possono essere rapidamente fotosbiancate, le molecole più grandi sono molto più resistenti, possibilmente contribuendo a riscaldare l'atmosfera, ' Egli ha detto.