Oltre a fornire vitamina D, aiutando i fiori a crescere e creando la scusa perfetta per andare in spiaggia, la luce del sole aiuta anche a scomporre le sostanze chimiche nei ruscelli, laghi e fiumi. I ricercatori della Michigan Technological University hanno sviluppato un modello di ossigeno singoletto per calcolare come particolari sostanze chimiche si decompongono nelle acque superficiali.

Mentre le piscine usano piastrelle blu per imitare il colore dei Caraibi, la maggior parte delle acque superficiali è gialla o marrone. Per esempio, cascate Tahquamenon, una popolare destinazione della Penisola Superiore, è noto per il colore caramello dei suoi scivoli. Quel colore deriva dai detriti di foglie e corteccia che producono i tannini:polifenoli, o composti organici presenti in natura nelle piante. Sono questi detriti che assorbono la luce solare e creano l'ossigeno singoletto che degrada i contaminanti.

Questa specie reattiva dell'ossigeno provoca la cosiddetta trasformazione fotochimica, un processo in cui la luce e i materiali ossidanti producono reazioni chimiche. Ma quanto tempo impiega una particolare sostanza chimica a rompersi sotto questo assalto solare e vegetativo?

Capire quante ore o giorni impiega un particolare contaminante per abbattersi a metà aiuta gli ingegneri ambientali e gli scienziati a proteggere i nostri corsi d'acqua. Conoscere l'emivita di una particolare sostanza chimica aiuta i gestori delle risorse a stimare se quella sostanza chimica si sta accumulando o meno nell'ambiente.

Daisuke Minakata, professore associato di diritto civile, ingegneria ambientale e geospaziale presso Michigan Tech, ha sviluppato un modello completo di attività reattiva che mostra come si comportano i meccanismi di reazione dell'ossigeno singoletto contro un gruppo eterogeneo di contaminanti e calcola la loro emivita in un ambiente acquatico naturale.

"Abbiamo testato 100 diversi prodotti biologici, composti strutturalmente diversi, " disse Minakata. "Se conosciamo la reattività tra ossigeno singoletto e contaminanti, possiamo dire quanto tempo ci vorrà per degradare una struttura specifica di un contaminante fino alla metà della concentrazione."

I collaboratori di Minakata sono studenti laureati Benjamin Barrios, Benjamin Mohrhardt e Paul Doskey, professore al College of Forest Resources and Environmental Science. La loro ricerca è stata pubblicata questa estate sulla rivista Scienze e tecnologie ambientali .

Il sole ossida e degrada le sostanze chimiche tossiche

Il tasso di ossidazione chimica avviata dalla luce solare indiretta è unico per il corpo idrico; ogni lago, fiume o ruscello ha il suo mix distinto di materia organica. E poiché il processo non avviene al buio, anche la quantità di luce solare ricevuta da un corpo idrico influisce sulle reazioni. Per esempio, l'ossigeno singoletto svolge un ruolo parziale nel degradare le tossine nelle fioriture algali dannose e nell'abbattere l'eccesso di azoto e fosforo prodotti dal deflusso agricolo.

Le specie reattive dell'ossigeno hanno anche benefici oltre i nostri laghi e fiumi preferiti.

"L'ossigeno singoletto può essere utilizzato per la disinfezione di agenti patogeni, " Minakata ha detto. "Può ossidare i prodotti chimici nell'acqua potabile o nei trattamenti delle acque reflue. Ci sono molti modi per usare questo forte ossidante chimico per molti scopi nelle nostre vite".

Andare oltre le reazioni verso i sottoprodotti

Con i calcoli dell'emivita stabiliti dal modello di Minakata, il team di ricerca prevede di studiare ulteriormente i sottoprodotti prodotti dalle reazioni chimiche/ossigeno singoletto, con l'obiettivo di prevedere se i sottoprodotti stessi saranno tossici. Comprendendo le fasi di degrado, Minakata e il suo team possono sviluppare un modello ampliato per prevedere la formazione di sottoprodotti consumati dal sole e come ricominciano le interazioni.

In definitiva, una piena comprensione dei tempi di dimezzamento delle numerose sostanze chimiche che si infiltrano nelle nostre fonti d'acqua è un passo avanti verso la garanzia di acqua pulita per l'uso umano.