De nieuw ontdekte stof is extreem oxiderend. En dus vermoeden wetenschappers dat de effecten van deze stof verstrekkend kunnen zijn.

Onze atmosfeer bestaat uit tal van verbindingen en elementen. Bekenden zijn natuurlijk zuurstof en stikstof, maar we vinden er ook reactieve chemische verbindingen, zoals waterstofperoxide. Nu hebben onderzoekers een geheel nieuwe klasse van zo’n reactieve substantie in onze aardatmosfeer ontdekt. En het is er eentje om in de gaten te houden.

Peroxiden
Het gaat om een superreactieve substantie die de onderzoekers hydrotrioxiden (ROOOH) hebben genoemd. En deze verbinding is nóg reactiever dan peroxiden. Dat zit zo. Alle peroxiden – dus ook waterstofperoxide – bestaan uit twee, naast elkaar gelegen zuurstofatomen. Hierdoor zijn ze heel reactief, ontvlambaar en explosief. Ze worden voor van alles gebruikt; voor het bleken van tanden en haar, het schoonmaken van wonden en zelfs als raketbrandstof. Maar ook in onze omringende lucht komen peroxiden voor.

Trioxiden
De laatste jaren wordt er gespeculeerd over zogenaamde ‘trioxiden’: chemische verbindingen met niet twee, maar drie zuurstofatomen aan elkaar. Hierdoor zijn deze verbindingen dus nóg reactiever dan peroxiden. Sommige wetenschappers denken dat onze atmosfeer ook zulke trioxiden herbergt, maar dat is nog nooit aangetoond. Tot nu.

Hydrotrioxiden
In de nieuwe studie hebben onderzoekers het bestaan van een dergelijke trioxide bewezen. En deze superreactieve substantie noemen ze zoals gezegd hydrotrioxiden. Het is een volledig nieuwe klasse van chemische verbindingen die onder atmosferische omstandigheden wordt gevormd. “Het type verbindingen dat we hebben ontdekt heeft een unieke structuur,” zegt onderzoeker Henrik Grum Kjærgaard. “En omdat ze extreem oxiderend zijn, hebben ze hoogstwaarschijnlijk een groot aantal nog onbekende effecten.”

Wanneer chemische verbindingen in de atmosfeer oxideren, reageren ze vaak met OH-radicalen, waarbij ze een nieuw radicaal vormen. Wanneer dit radicaal reageert met zuurstof, vormt het een derde radicaal genaamd peroxide (ROO), dat op zijn beurt kan reageren met het OH-radicaal. En zo ontstaan hydrotrioxiden (ROOOH). Afbeelding: University of Copenhagen

Hydrotrioxiden worden gevormd in een reactie tussen twee soorten radicalen. De onderzoekers verwachten dat bijna alle chemische verbindingen hydrotrioxiden vormen in de atmosfeer. Hun levensduur varieert vermoedelijk van minuten tot uren. Dit maakt ze stabiel genoeg om te reageren met veel andere atmosferische verbindingen. Bovendien toonden de onderzoekers aan dat hydrotrioxiden worden gevormd tijdens de atmosferische afbraak van verschillende bekende en veel uitgestoten stoffen, waaronder isopreen en dimethylsulfide.

Isopreen is een van de meest voorkomende organische verbindingen in de atmosfeer. Uit het onderzoek blijkt dat ongeveer 1 procent van al het vrijgekomen isopreen wordt omgezet in hydrotrioxiden. De onderzoekers schatten dat de ROOOH-concentraties in de atmosfeer ongeveer 10 miljoen per cm3 bedragen. Ter vergelijking: OH-radicalen, een van de belangrijkste oxidanten in de atmosfeer, worden aangetroffen in ongeveer 1 miljoen radicalen per cm3.

De onderzoekers vermoeden dat hydrotrioxiden zowel de menselijke gezondheid, als ons wereldwijde klimaat aantasten.

Gezondheid
Het onderzoeksteam denkt namelijk dat de trioxiden kunnen doordringen in kleine deeltjes in de lucht, ook wel aerosolen genoemd, die een gevaar voor de gezondheid vormen en kunnen leiden tot aandoeningen van de luchtwegen en hart- en vaatziekten. “Hydrotrioxiden komen hoogstwaarschijnlijk in aerosolen terecht, waar ze nieuwe verbindingen vormen met nieuwe effecten,” vertelt Kjærgaard. “Het is daarom aannemelijk dat er in de aerosolen nieuwe stoffen worden gevormd die schadelijk zijn bij inademing. Maar verder onderzoek is nodig om deze mogelijke gezondheidseffecten te bevestigen.”

Klimaat
Daarnaast is volgens de onderzoekers de kans groot dat hydrotrioxiden invloed hebben op het aantal aerosolen dat wordt geproduceerd. En op die manier heeft de nieuw ontdekte verbinding ook invloed op ons klimaat. “Zonlicht wordt zowel gereflecteerd als geabsorbeerd door aerosolen,” legt onderzoeker Eva Kjærgaard uit. “En dat heeft weer invloed op de warmtebalans (dus de verhouding van zonlicht dat de aarde absorbeert en terugstuurt naar de ruimte). Wanneer aerosolen stoffen absorberen, groeien ze en dragen ze bij aan wolkenvorming, wat tevens gevolgen heeft voor het aardse klimaat.”

Effecten
De onderzoekers hopen dat de ontdekking van hydrotrioxiden ons zal helpen meer te weten te komen over de gevolgen van de chemicaliën die we uitstoten. “De meeste menselijke activiteiten leiden tot de uitstoot van chemische stoffen in de atmosfeer,” aldus onderzoeker Kristan Møller. “Kennis van de reacties die de atmosferische chemie bepalen, is dus belangrijk om te kunnen voorspellen hoe onze acties de atmosfeer in de toekomst zullen beïnvloeden.” En dus is de studie een belangrijke stap voorwaarts. “Het is heel belangrijk dat we nu door directe waarneming kunnen aantonen dat hydrotrioxiden zich daadwerkelijk in de atmosfeer vormen, dat ze verrassend stabiel zijn en dat ze worden gevormd uit bijna alle chemische verbindingen,” somt onderzoeker Jing Chen op.

Zorgen
Hoewel de effecten van hydrotrioxiden in de lucht verstrekkend kunnen zijn, maken de onderzoekers zich niet echt zorgen over de ontdekking ervan. “Deze verbindingen zijn er altijd geweest – we wisten er gewoon nog niet van af,” zegt Grum Kjærgaard. “Maar nu we bewijs hebben dat de verbindingen worden gevormd, kunnen we hun effecten gerichter bestuderen. En dan kunnen we ook reageren als ze gevaarlijk blijken te zijn.”

De ontdekking suggereert dat er mogelijk nog meer onontdekte verbindingen en elementen in de lucht die we inademen verstopt zitten. “De lucht om ons heen is een enorme wirwar van complexe chemische reacties,” zegt Chen. En met de studie hebben de onderzoekers in ieder geval een stap gezet om de boel eens flink te ontwarren.