موجات الحر الشديدة تحفز تكوّن جزيئات نانوية غير متوقعة في الهواء

أظهرت دراسة حديثة أن موجات الحر الشديدة يمكن أن تؤدي إلى تكوين جزيئات نانوية جديدة في الهواء، حتى عند درجات حرارة تصل إلى 40° مئوية، وهو اكتشاف فاجأ الباحثين لأنه يتحدى النظريات السابقة التي اعتبرت أن الحرارة العالية تمنع تكوين الجزيئات عبر تبخير الغازات بدل تكثفها.

وتلعب هذه الجزيئات الهوائية الدقيقة دورًا محوريًا في تنظيم مقدار ضوء الشمس الذي تمتصه الأرض أو تعكسه، وفي تكوين السحب. خلال موجات الحرارة، تؤدي الطاقة الشمسية المكثفة إلى تحفيز تفاعلات كيميائية تحول المركبات العضوية المتطايرة الناتجة عن النشاط البشري والبيولوجي إلى أحماض عضوية، والتي تتجمع تلقائيًا لتشكيل كتل صلبة صغيرة.

أظهرت الدراسة، المنشورة في Science، أن الأحماض الكربوكسيلية متعددة الوظائف تشكل اللبنات الأساسية لهذه الجزيئات النانوية، التي يمكن أن تكون صغيرة حتى 3 نانومتر.

أجرى الفريق البحثي مراقبة دقيقة للهواء في وسط تكساس خلال موجة حر، مستخدمين مطيافية الكتلة لتحديد التركيب الكيميائي للجزيئات النانوية بين 25 و3 نانومتر.

بينت النتائج أن الجزيئات الأصغر تتكون أساسًا من الأحماض الكربوكسيلية، بينما احتوت الجزيئات الأكبر على المزيد من الأحماض الكبريتية والأمينات. كما أظهرت الحسابات الكيميائية الكمومية أن الروابط الهيدروجينية والتفاعلات الكهروستاتيكية تثبت الجزيئات في عملية التجمع الذاتي.

تمتاز هذه الجزيئات بانخفاض قدرتها على جذب الرطوبة، ما يجعلها غير فعالة في تكوين السحب، وبالتالي يسمح بمرور مزيد من أشعة الشمس إلى سطح الأرض، مما يزيد من شدة موجات الحر، ويحفز تكوين جزيئات جديدة، مكونًا حلقة تغذية راجعة تؤدي إلى مزيد من الاحتباس الحراري.

بالإضافة إلى التأثيرات المناخية، قد تشكل هذه الجزيئات خطرًا على الصحة العامة، إذ يمكن للجزيئات الأصغر من 50 نانومتر التوغل إلى الرئتين والأعضاء الأخرى، مما يؤدي إلى إجهاد أكسيدي والتهاب.

ويشير الباحثون إلى أن فهم هذه الآلية الجديدة لتكوين الجزيئات النانوية سيساعد على تحسين دقة نماذج المناخ الحالية وتوجيه سياسات الصحة العامة في ظل تزايد موجات الحر.