Da dove arrivano gli ossidanti dell’aria? Scoperta una nuova reazione chimica nelle gocce di aerosol e nelle nubi

L’aria che respiriamo non è fatta solo di gas invisibili: contiene minuscole particelle liquide o solide chiamate aerosol e miliardi di minuscole gocce d’acqua che formano nubi e nebbie. All’interno di queste micro-gocce avvengono reazioni chimiche complesse che influenzano l’inquinamento, la salute e il clima.

Un nuovo studio internazionale, pubblicato sulla rivista Science Advances, ha scoperto una fonte finora non riconosciuta di perossidi, sostanze altamente ossidanti che svolgono un ruolo chiave nella chimica dell’atmosfera.

Che cosa sono i perossidi e perché sono importanti?

Tra i perossidi più noti c’è il perossido di idrogeno (H₂O₂), una molecola che in atmosfera partecipa a trasformazioni chimiche fondamentali. In particolare contribuisce alla formazione dei solfati, importanti componenti del particolato fine e delle piogge acide; influenza la capacità “ossidante” dell’aria, cioè la sua capacità di trasformare e degradare gli inquinanti e partecipa ai processi che portano alla formazione di nuove particelle.

Da anni gli scienziati osservano che le concentrazioni di perossidi nelle nubi e negli aerosol sono spesso più alte di quanto previsto dai modelli teorici. Questo suggeriva che mancasse qualche tassello nella comprensione delle reazioni chimiche che avvengono nell’atmosfera.

La nuova scoperta: una chimica attivata dalla luce del Sole

Il team di ricerca ha individuato una nuova possibile fonte di questi perossidi: la fotochimica degli α-chetoacidi, un gruppo di molecole organiche presenti nell’atmosfera. Queste molecole si formano quando composti organici emessi da piante, traffico o attività industriali reagiscono con la luce solare e con altri ossidanti. Una volta prodotte, possono accumularsi nelle minuscole gocce d’acqua presenti negli aerosol e nelle nubi.

I ricercatori hanno dimostrato in laboratorio che, quando queste molecole disciolte in acqua vengono illuminate con luce simile a quella solare, si innescano reazioni chimiche che portano direttamente alla formazione di perossido di idrogeno, perossidi organici e altre molecole ossidanti.

“Abbiamo osservato che gli α-chetoacidi, quando assorbono luce solare nelle gocce d’acqua, possono trasformarsi producendo perossidi in modo diretto”, spiega Davide Vione, uno degli autori dello studio e professore al Dipartimento di Chimica dell'Università di Torino. “Si tratta di un meccanismo che finora non era stato quantificato in modo chiaro.”

Un ruolo cruciale dell’acidità

Un aspetto particolarmente importante è che questa reazione funziona meglio in condizioni acide. Molti aerosol atmosferici, soprattutto in aree urbane o industriali, sono infatti acidi. “In particelle molto acide, questa chimica è particolarmente efficiente”, sottolinea Vione. “Questo significa che in ambienti inquinati potrebbe avere un ruolo molto rilevante.”

Secondo le stime dello studio, questo nuovo meccanismo potrebbe contribuire fino al 5–15% del perossido di idrogeno presente negli aerosol e nelle nubi, una frazione tutt’altro che trascurabile.

Comprendere come si formano i perossidi è fondamentale perché migliora la capacità di prevedere la formazione di particolato fine; aiuta a rendere più accurati i modelli di qualità dell’aria e contribuisce a capire meglio come gli aerosol influenzano la formazione delle nuvole e, quindi, il clima. Oltre ai perossidi, le stesse reazioni producono anche altre sostanze che possono contribuire alla crescita delle particelle atmosferiche, modificandone le proprietà fisiche.

Un lavoro che unisce esperimenti e modelli

Lo studio combina esperimenti di laboratorio, analisi chimiche ad alta precisione, calcoli teorici al computer e modelli atmosferici avanzati. Questo approccio integrato ha permesso di collegare ciò che avviene in una piccola goccia d’acqua in laboratorio ai processi che si svolgono su scala atmosferica. Gli autori sottolineano che saranno necessarie ulteriori misure sul campo per valutare con precisione l’impatto globale di questo meccanismo. Tuttavia, la scoperta aggiunge un nuovo elemento alla comprensione della chimica dell’atmosfera.

“Ogni nuova reazione che comprendiamo meglio rende più affidabili le nostre previsioni su qualità dell’aria e clima”, conclude Vione. “Anche processi apparentemente microscopici, che avvengono dentro minuscole gocce d’acqua sospese nell’aria, possono avere effetti su larga scala.”