我們所吸入的每一大口空氣大部分都是由氮氣、大量氧氣以及少量的二氧化碳所組成。但是,組成這大氣湯的所有成分,可以說是記載了不同化合物與元素的一套完整百科全書,而有些成分我們只能夠猜測。然而,這些謎團之一正獲得關注。

大氣中新成分

化學家們已證明說,一種稱作有機三氧化二氫(organic hydrotrioxide)的反應性化合物存在於大氣當中,而雖然這些化合物僅僅存在非常短暫的時間,但是它們可能有我們所不知道的影響。

事實上,根據研究人員的計算,當正在讀這篇文章時,你就吸進了數十億個分子。實際上,這到底對人的健康、更別提對我們地球的健康,有什麼樣的影響,這都還不清楚。但是既然,我們已剛好發現這種在地球大氣中的新成分,那就值得深入調查。

丹麥哥本哈根大學(University of Copenhagen)的化學家亨利克·格魯姆·卡耶爾加德教授(Henrik Grum Kjærgaard)說:「這些化合物一直都在我們周遭,只是我們並不知道它們而已。但事實上,我們現在有了證據,證明這些化合物已形成並存活了一段特定的時間。這代表我們可能可以研究它們的影響,而如果它們最後是危險的,我們也能做出回應。」

實驗室合成

很常,在化學當中,只要加入單一個新成分,就可以從根本上改變一種材料的行為模式。

以水為例,由於它的一對氫與氧反應的方式,有機化學可以混合並轉成一種不斷演化的現象,我們稱之為生命。但是,只要再多一個氧,我們就會得到過氧化氫,一種反應性更強的化合物,可能會撕裂生命。

若將再多一個氧加到這個反應性強的小分子的話,就會得到三氧化二氫。要製作出它,你只需要正確的實驗室儀器、一些飽和的有機化合物、以及一些乾冰。

這不完全是那種用來調味瑪格麗特(margarita)的派對技巧,不過化學家們使用了他們的製造技術來產生特定風味的分子氧,作為產生各種其他物質的步驟。

觀察記錄

由於反應性非常高,三氧化二氫是否可以輕易地在大氣中形成穩定的結構,這一直是個開放的問題。這也不僅僅是學術上的猜測而已。如此多我們大氣運作的方式,從它影響個人健康的複雜方式,到大規模影響全球氣候的方式,都是來自大氣中微量材料間互動的方式。

哥本哈根大學的另一名化學家克里斯汀·莫勒助理教授(Kristan H. Møller)說:「大部分人類活動會導致化學物質被排放到大氣中。所以,如果我們要能夠預測,我們的行動會如何影響未來的大氣的話,對決定大氣化學的反應的知識是很重要的。」

現在,研究團隊的調查,提供了第一筆直接觀察到三氧化二氫的紀錄。這些三氧化二氫是在大氣環境下,從數種已知存在於大氣中的物質所形成的。這讓他們能夠研究這個化合物可能被合成的方式、它能夠在大氣中存活多久、以及它是如何衰退的。

其中一種這樣的排放物為異戊二烯(isoprene),它能夠在大氣當中反應,而產生大約每年 1000 萬噸的三氧化二氫。

雖然,這只是其中一個潛在的來源。根據研究團隊的計算,理論上,幾乎任何化合物都可能在形成大氣中的三氧化二氫上扮演著角色,而這些三氧化二氫能夠在少至幾分鐘多至數小時內維持完整。在那個時間內,它們可以作為強大的氧化劑,而參與很多其他反應。比方說,有些三氧化二氫會藏匿於漂浮於風中的微固體中。

可能影響

卡耶爾加德教授說:「很容易想像得到,新的物質會形成於、吸入有害的氣懸膠中。但是還需要更進一步的調查,來證實這些可能的健康影響。」

由於氣懸膠也會影響地球反射太陽光的方式,知道它們內部的化學會如何導致它們成長或衰退,可能可以改變我們如何建立氣候模型。

毫無疑問,進一步的研究會開始弄清楚,三氧化二氫在我們地球的大氣中所扮演的角色。如哥本哈根大學的研究人員陳菁博士(Jing Chen,音譯)所述,這真的只是開端而已。

陳博士說:「確實,圍繞著我們的空氣,是很錯綜複雜的化學反應。身為研究人員,若是我們要在找尋答案上更加厲害的話,我們必須保持開放心胸。」

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參考資料:

  1. McRae. M., (2022, May 26). An Entirely New Kind of Highly Reactive Chemical Has Been Found in The Atmosphere. ScienceAlert
  2. Berndt, T. et al., (2022, May 26). Hydrotrioxide (ROOOH) formation in the atmosphere. Science. DOI: 10.1126/science.abn601
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/an-entirely-new-class-of-highly-reactive-chemical-has-been-found-in-the-atmosphere(圖:Roman Becker/EyeEm/Getty Images)
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