高活性酸素化合物は、とりわけ温室効果ガスの分解と自己浄化に寄与するため、地球の大気中で重要な役割を果たしています。今回、研究者らは大気中にまったく新しい種類のそのような酸素化合物を発見した。これらの三酸化水素は、3 つの酸素原子と 1 つの水素からなる分子グループ (R-OOOH) を特徴とし、有機化合物とヒドロキシル ラジカル (OH) の反応によって形成されます。これらの分子は毎年大気中で何百万トンも生成される可能性があります。しかし、それらが気候や健康に与える影響はまだ明らかではありません。
地球の大気の下部は、私たちの天気や気候を決定するだけでなく、無数の化学反応もそこで発生します。それらはヒドロキシルラジカル（OH）などの活性酸素化合物を生成し、温室効果ガスや有機分子と結合し、ガスシェルの自浄作用に寄与します。毎年、数億トンの炭化水素もこれらの反応に関与しており、これらは自然過程を通じて森林から放出されるか、人為的発生源から発生します。これにより、これまで部分的にしか理解されていない多種多様な酸化プロセスが引き起こされます。
酸素原子が 3 つ並んでいる
化学者たちは、炭化水素が酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル、その他の活性酸素化合物と反応する際に、大気中の中間生成物として三酸化水素も生成するのではないかと長い間疑っていました。これらは、連続する 3 つの酸素原子と 1 つの水素のグループが結合した炭化水素残基 (R-OOOH) で構成されます。これらの三酸化水素は過酸化物よりもさらに反応性が高く、アルケンの酸化剤として化学で製造および使用されます。ただし、これには有機溶媒と強力な冷却が必要です。しかし、これらの分子が自然条件下でも形成できるかどうかはこれまで不明でした。
ライプツィヒのライプニッツ対流圏研究所（TROPOS）のトルステン・ベルント氏と彼の同僚は現在、これを調査している。研究では、いわゆるフリージェットフローチューブを使用し、高感度の質量分析計を使用して通常の周囲空気中での三酸化水素の生成を調べました。化学者たちは実際に、大気条件下で三酸化水素が生成する可能性があることを証明することができました。分析の結果、炭化水素イソプレンがヒドロキシルラジカルやトリメチルアミドなどの他の有機化合物と反応すると、これらの分子が形成されることがわかりました。
気候や健康への影響はまだ不明
「大気中に豊富に存在する前駆体から形成される、新しい一般的な種類の化合物の存在を示すのは本当に興味深いことです」とコペンハーゲン大学の上級著者ヘンリック・ケアガード氏は言う。 「私たちが発見したこれらの分子は、その構造がユニークです。」三酸化水素は比較的寿命が短く、化学反応によって再び分解されるまで 20 分から約 2 時間の間は安定しています。量子化学計算とモデルシミュレーションにより、イソプレンだけから毎年約1,000万トンの三酸化水素が大気中で生成されることが示された。ベルントと彼の同僚の報告によれば、イソプレンから生成される三酸化水素の濃度は、その寿命を考慮すると、空気 1 立方センチメートルあたり 100 億分子になる可能性があります。
三酸化水素が気候や健康にどのような影響を与えるかはまだ不明です。 「それらは非常に酸化力が強いため、おそらくさまざまな影響を引き起こしており、現在調査する必要があります」とケアガード氏は言います。科学者らはとりわけ、三酸化水素がエアロゾルに溶解し、そこで反応を引き起こすのではないかと疑っている。これは、雲の形成の変化などにより、浮遊飛沫が気候に与える影響に影響を与える可能性があります。もう 1 つの要因は、これらの反応性の高い分子が健康に及ぼす影響の可能性です。 「エアロゾル中の反応により、吸入すると健康に有害な新たな物質が生成されることは容易に想像できます」とケアガード氏は言う。 「こうした潜在的な健康への影響を評価するには、さらなる研究も必要です。」
出典: Torsten Berndt (ライプニッツ対流圏研究所 (TROPOS)、ライプツィヒ) 他、サイエンス、 doi: 10.1126/science.abn6012
