Silvestra Rogelj Petrič, Znanost
Po podatkih Nase je bilo minulo leto deveto najtoplejše v zadnjih 130 letih, odkar obstajajo sistematične meritve temperature zraka. Obenem smo v enajstih letih tega tisočletja zabeležili kar devet od desetih najtoplejših let. Gre za trend, ki opozarja, da bo globalno otoplitev težko zadržati pod dvema stopinjama Celzija in se s tem izogniti težko obvladljivim posledicam. V luči teh podatkov je vest o odkritju molekule, ki bi lahko naše ozračje ohladila, posebej zanimiva.
Že do zdaj se je naš planet ogrel v povprečju za 0,8 stopinje Celzija in samo od sredine minulega stoletja do danes se je povprečna temperatura zraka povečala za 0,51 stopinje Celzija. Če bi želeli preprečiti dvig gladine morske vode, ki bi zalila vrsto otokov in dodobra spremenila nižje ležeče obale, porast povprečne temperature do konca stoletja ne bi smel preseči dveh stopinj Celzija. Zajeziti ga poskušamo predvsem z ukrepi, ki se nanašajo na večjo uporabo obnovljivih virov energije in izboljšano energijsko učinkovitost. Toda po prepričanju številnih izvedencev bodo rezultati teh ukrepov prepozni. Zato je toliko več zanimanja sprožila novica o odkritju nove molekule v Zemljinem ozračju, ki bi ga utegnila ohladiti.
Gre za molekulo, ki so jo v Zemljinem ozračju odkrili raziskovalci z Univerze v Manchestru in Univerze v Bristolu v Veliki Britaniji, skupaj z raziskovalci iz nacionalnih laboratorijev Sandia v ZDA. Kot piše v članku v najnovejši številki revije Science, gre za molekulo, imenovano Criegeevi biradikali, ki uporablja izjemno močan vir svetlobe, kar stomilijonkrat močnejši od Sonca. Molekula lahko pretvarja snovi, ki onesnažujejo zrak, na primer dušikove diokside in žveplove diokside, v spojine, ki se utegnejo združevati v oblake. Ti oblaki pa bi po prepričanju raziskovalcev lahko pomagali zaščititi naš planet pred Sončevim sevanjem in tako preprečili nadaljnjo otoplitev. Ali bi tak ohladitveni učinek teh molekul lahko bistveno prispeval k obvladovanju globalne otoplitve, pa je še vprašanje nadaljnjih raziskav.
Neopazne kratkoživke
Same molekule, imenovane po nemškem kemiku Rudolfu Criegeeju, so kratkožive molekule, ki se oblikujejo v Zemljinem ozračju, ko ozon reagira z alkeni, to je skupino organskih spojin. Rudolf Criegee je že leta 1949 menil, da bi biradikali, to so reaktivne molekule, ki jim manjkata kemijski vezi, lahko nastajali v reakcijah ozona z ogljikovodiki. Znanstveniki so zato domnevali, da bi biradikali lahko odigrali pomembno vlogo tako pri odstranjevanju snovi, ki ozračje onesnažujejo v nižjih plasteh in sicer v procesih oksidacije, in hkrati proizvajali sekundarne organske aerosole. Ti so za razliko od primarnih aerosolov, ki nastajajo pri pršenju iz morskih valov ali pa so v prahu, ki ga dviguje veter, rezultat reakcij plinov v ozračju.
Medtem ko torej znanstveniki vedo za biradikale že desetletja in so njihov pomen potrjevale številne teoretične študije, jim vse do zdaj ni uspelo neposredno izmeriti, kako te molekule reagirajo z drugimi snovmi v ozračju. Gre namreč za izjemno hitre reakcije, v katerih biradikali dokaj hitro izginejo, še preden jih je moč izmeriti.
Zdaj pa so raziskovalci iz omenjenih ustanov razvili novo metodo, s katero so v laboratoriju ustvarili najbolj enostavne Criegeeve biradikale, to je formaldehidov oksid. Uspelo jim je, da so snov diiodometan osvetlili z intenzivno lasersko svetlobo in razbili njegovi dve vezi in tako ustvarili biradikal. Tega so nato vključili v reakcijo z molekularnim kisikom in dobili formaldehidov oksid. Tako dobljenemu preprostemu biradikalu so nato dodali nekaj snovi, ki se kot produkt našega onesnaževanja znajdejo v ozračju, nato pa so merili reakcije z zelo natančnimi instrumenti.
Ugotovili so, da so biradikali reagirali izjemno hitro z dušikovimi in žveplovimi dioksidi, kar kaže, da ti biradikali lahko odstranjujejo onesnaževalce iz našega ozračja veliko bolje in hitreje, kot so kazale prejšnje raziskave. Nadalje so ugotovili, da v reakcijah teh biradikalov z onesnaževalci ozračja lahko nastanejo aerosoli, to je majhni delci, ki odbijajo sevanje Sonca nazaj v vesolje. To odbijanje Sončevega sevanja, o katerem so že prej domnevali, pa poteka veliko hitreje, kot so do zdaj predpostavljali.
»Odkrili smo, da ti biradikali lahko oksidirajo žveplov dioksid. Ta se pretvori v žveplovo kislino z znanim hladilnim učinkom,« v članku pojasnjuje Carl Percival, eden od njegovih avtorjev in sicer raziskovalec na Univerzi v Manchestru.
Tvegana kislina v ozračju
Nekaj podobnega se je v naravi zgodilo leta 1991 ob izbruhu vulkana Mount Pinatubo na Filipinih. Takrat je v ozračje iz osrčja Zemlje izbruhnilo ogromno žveplovega dioksida, ki se je v zraku pretvoril v meglico žveplove kisline. Ta je za deset odstotkov zmanjšala množino sončne svetlobe, ki je dosegla naš planet in s tem za naslednji dve leti znižala globalno temperaturo za pol stopinje Celzija. Vendar pa morebitni umetni vulkani oziroma umetno sprožene eksplozije žveplove kisline v ozračje niso recept za preprečitev globalne otoplitve na našem planetu. Visoke koncentracije žveplove kisline v ozračju kot posledice eksplozij namreč utegnejo povzročiti številnim ljudem težave s pljuči, nadalje lahko vodijo v kisli dež in povzročijo razpad in krčenje Zemljine zaščitne ozonske plasti.
»Biradikali niso kandidati za take geoinženirske rešitve,« meni dr. Percival. Opozarja, da bo potrebno še precej raziskav, da bi jih bili sposobni varno uporabiti za hlajenje Zemljinega ozračja. Do takrat pa bi morali poskrbeti za boljše varovanje Zemljinih ekosistemov, saj ti lahko proizvajajo biradikale po naravni poti. Molekule, ki so jih raziskovalci odkrili, se namreč po naravni poti pojavljajo v prisotnosti alkenov, to je kemičnih snovi, ki jih večinoma proizvajajo rastline.
»Rastline bodo sproščale te snovi, ustvarjale biradikale in nato žveplovo kislino, tako da bo v bistvu sam ekosistem lahko s proizvajanjem teh hladilnih aerosolov zmanjševal otoplitev,« je prepričan dr. Percival.
Glede na dejstvo, da je kar devet desetin alkenov v našem ozračju, ki proizvajajo biradikale, rezultat ekosistemov na Zemlji, ima sam ekosistem precej večjo možnost uravnavanja globalne otoplitve našega planeta, kot smo menili do zdaj, zaključujejo raziskovalci. »Najpomembnejše sporočilo iz naše raziskave je zato nujnost, da bolje zaščitimo ekosisteme okoli nas.«
Največji učinek biradikalov na uravnavanje otoplitve bi po tej naravni poti lahko občutili na območjih, kjer so visoke koncentracije tako alkenov kot tudi polutantov, to je snovi, ki onesnažujejo ozračje in ki omogočajo reakcije biradikalov, torej predvsem v tako imenovanih vročih točkah, kot so velemesta, na primer Hong Kong ali Singapur.
Šele na začetku
Na rezultate objavljene študije so že reagirali drugi kemiki. Tako je George Marston z Univerze v Readingu v Veliki Britaniji, ki ni bil vključen v projekt, so mu pa pokazali rezultate, v spremljajočem članku v reviji Science izrazil predvsem svoje začudenje nad hitrostjo reakcij. »Takih hitrosti nisem pričakoval,« je zapisal. »Seveda pa je res, da gre za prvo takšno merjenje, zato ni mogoče presojati, kaj bi lahko pričakovali.« Ob tem priznanju je še zapisal, da je zelo pomembno, da so znanstveniki končno obvladali reakcije Criegeevih biradikalov. Po njegovem mnenju utegne ta raziskava močno vplivati na naše razumevanje atmosferske oksidacije, to je procesa, ki lahko odstrani onesnaževalce iz našega ozračja in utegne vplivati na naše podnebje. Opozoril pa je, da je pred znanstveniki še veliko dela. »Gre šele za sam začetek precej bolj obsežnega in sistematskega raziskovanja,« je poudaril.
Z njim se strinja tudi Carl Percival in opozarja, da bo v prihodnje treba raziskati in izmeriti reakcije biradikalov tudi z drugimi snovmi v ozračju in pri različnih temperaturah. »Našo raziskavo smo opravili pri sobni temperaturi, a v ozračju obstajajo velikanske temperaturne variacije. Utegne biti precej hladno,« pojasnjuje. Priznava, da je v tem trenutku še prezgodaj za presojo, koliko teh novih molekul s potencialom za ohlajevanje ozračja bi morali ustvariti, da bi vplivali na globalno temperaturo. Prav tako še nimamo dovolj znanja, da bi lahko presojali varnost takega postopka, pa tudi naše razumevanje vpliva oblakov na podnebje je daleč od popolnega.
Zato še vedno kaže vztrajati pri varčni uporabi fosilnih goriv in prehodu na obnovljive vire energije. Čeprav počasne, so te poti za zdaj edine zanesljive in varne pri zmanjševanju prevelike otoplitve planeta.