Химики из Германии предложили механизм, по которому в атмосфере синтезируется большая часть муравьиной кислоты.

Кислотные дожди обычно связывают с «плохой» экологией. Оксиды серы и азота, содержащиеся в продуктах сжигания угля, газа или нефтепродуктов, попадая в дождевые капли, превращаются в растворы соответствующих кислот. Конечно, с неба на нас пока что не будет капать концентрированная серная кислота, как на Венере, но и хорошего от кислых дождей ничего нет: они вредят флоре и фауне, закисляют почву и водоёмы, портят архитектурные сооружения. Однако подкислять тучи «придумал» вовсе не человек – за него это успешно делала и делает сама природа с помощью муравьиной кислоты.

Схема образования муравьиной кислоты в атмосфере. VOC – летучие органические соединения – в больших количествах выделяются деревьями. Под действием ультрафиолета летучая органика окисляется до молекул формальдегида – HCHO. Чёрными стрелками показан «традиционный» путь синтеза: формальдегид в воздухе -> растворение формальдегида в каплях -> окисление в муравьиную кислоту HCOOH -> испарение капли вместе с кислотой. Красными стрелками показан новый путь: превращение формальдегида в метандиол HOCH2OH, испарение метандиола из капли, окисление свободного метандиола в муравьиную кислоту.

Какое-то количество этой простейшей органической кислоты выделяют в воздух растения и некоторые животные, например лесные муравьи. Но тот объём кислоты, который регистрируется в земной атмосфере, никак не получится объяснить с помощью одних только муравейников да деревьев с кустами. Даже с учётом выбросов от всех заводов, фабрик и пароходов нам всё равное останется где-то найти ещё 80-90% от текущего объёма атмосферной муравьиной кислоты. Это значит, что кислота образуется непосредственно в атмосфере в результате химических реакций, весь вопрос – в каких?

Долгое время считалось, что источником муравьиной кислоты служит постепенное окисление формальдегида в водяных каплях. Формальдегид же образуется в результате окисления различных летучих органических веществ, например, изопрена, который в большом количестве выделяется растениями. Часть образовавшейся муравьиной кислоты испаряется в атмосферу с поверхности капли, а остальное возвращается на землю вместе с дождём или снегом. Проблема в том, что мощности такого воздушно-капельного химического конвейера категорически не хватает, чтобы объяснить большое количество муравьиной кислоты, которое определяется, например, со спутников.

Группа учёных из Юлихского исследовательского центра (Германия) предложила механизм, который помогает объяснить, откуда берётся «недостающая» кислота. Они присмотрелись внимательнее к одному химическому веществу – метандиолу, который образуется при взаимодействии формальдегида с обычной водой. Это довольно нестойкое соединение, которое может легко развалиться обратно на формальдегид и воду, либо чем-нибудь окислиться и превратиться в муравьиную кислоту. Считалось, что времени жизни метандиола внутри капли недостаточно, чтобы он как-то повлиял на атмосферную химию, но, как пишут исследователи в Nature, это совсем не так.

Оказалось, что существенная доля образующегося метандиола всё-таки успевает испариться с поверхности капли и окислиться до муравьиной кислоты уже в атмосфере. Если бы метандиол окислился внутри капли, то дальнейшая судьба кислоты зависела бы от судьбы капли: либо она испарится, и всё её содержимое окажется в атмосфере, либо она выпадет на землю в виде осадка, забрав с собой всю наработанную «химию». Вырвавшийся за пределы капли метандиол, превратившись затем в муравьиную кислоту и дольше задержавшись в воздухе, увеличивает тем самым концентрацию кислоты в атмосфере. По расчётам исследователей по «метандиольному» механизму образуется приблизительно в четыре раза больше муравьиной кислоты, чем по любому другому химическому процессу в атмосфере. Это количество понижает pH дождевой воды на три десятых, что полезно учитывать при моделировании различных процессов, например, кислотном балансе водоёмов.