Atmosfer ve Hava Kirliliği

Hava kirliliği dünyanın pek çok bölgesinde yaşamı zorlaştırmaya, insan sağlığını ciddi ölçüde tehdit etmeye başladı bile. Hindistan’ın Bombay, Pakistan’ın Karaçi, Nijerya’nın Lagos şehirleri ve Çin’in başkenti Pekin gibi pek çok şehirde yüksek kirletici yoğunlukları gözlemleniyor. Bazı günlerde kent sakinleri maske takmadan dışarı çıkmaya cesaret edemiyor.

İnsan etkinlikleri sonucunda atmosfere başlıca kaynakları egzoz sa-lımları ve endüstriyel atıklar olan beş ana kirletici bırakılıyor. Bunlardan kükürt dioksit ile parçacık halindeki maddeler ağırlıklı olarak fosil yakıt kullanan enerji santrallerinden kaynaklanırken azot dioksit büyük ölçüde, dünya çapında giderek artan trafikten kaynaklanıyor. Bunların yarattığı kötü hava koşullarınınsa, sadece az miktarda hava solunsa bile kalp-damar hastalıkları, akciğer kanseri, astım ve kronik obstrüktif solunum yolu hastalığı (KOAH) gibi pek çok hastalığa yol açabildiği biliniyor. Hava kirliliğinin iklim değişikliği yönündeki sonuçları da değişen sıcaklık ve yağış rejimleri, aşırı hava olayları ve bunların insan yaşamı ve eko-sistemler üzerindeki etkileriyle kendini göstermeye başlamış durumda.

Doğanınsa insan etkinliklerinden kaynaklı pek çok başka olumsuz etkiye karşı olduğu gibi hava kirliliğine karşı da bir dayanma gücü var. Atmosfer, sahip olduğu doğal mekanizmalar sayesinde kendini kirlilik yaratan bileşenlerden arındırabiliyor.

Her yıl milyonlarca ton doğal ve insan kaynaklı gaz atmosfere salınıyor. Eğer bu gazlar kimyasal tepkimelerle atmosferden uzaklaştırılmasaydı büyük ihtimalle küresel ısınma çok daha şiddetli, hava kirliliği ise çok daha ileri seviyede olurdu. Atmosferin kendini temizleme mekanizmasının kilit unsuru, atmosferin “deterjanları” olarak da tabir edilen hidroksil (OH) radikalleri. OH radikalleri, metan ve izopren gibi uçucu organik bileşikleri oksitliyor. Bu tepkime sonucunda bileşikler suda çözünebilen başka bileşiklere dönüşüyor ve böylece yağış yoluyla atmosferden uzaklaştırılabiliyor. OH radikalleri akciğerler ve tarım ürünleri için zararlı bir kirletici olan ozonun oluşumunda ve parçalanmasında işlev görüyor. Hidrokarbonların, karbonmo-noksitin ve kükürt dioksitin de dâhil olduğu zararlı pek çok hava kirleticinin ve metan gibi önemli bazı sera gazlarının atmosferden uzaklaştırılmasını sağlıyor. Ancak bu etkiyi karbondioksit, nitröz oksit ve kloroflorokarbonlar üzerinde göstermiyor.

Tropikal yağmur ormanları atmosfere büyük miktarda uçucu organik bileşik salıyor. Bitkilerin ürettiği bu bileşiklerin biyolojik açıdan, zararlıları uzak tutma ve tozlaştırıcıları çekme gibi avantajları var. Ancak zararlı da olabiliyorlar. Özellikle kirli hava koşullarında bu bileşikler azot oksitlerle birleşerek ozon oluşumuna neden oluyor, bu da sis oluşumunu artırıyor.

OH radikalleriyse bu uçucu organik bileşikleri oksitleyerek atmosferden uzaklaştırıyor. Atmosfer modelleri, yağmur ormanları üzerindeki büyük miktarlardaki uçucu organik bileşiğin OH radikallerini tehlikeli biçimde tüketebileceğini, dolayısıyla bazı sera gazlarının, örneğin metanın atmosferden temizlenmesi için daha az OH radikali kalacağını öngörüyordu.

Aslında atmosferin OH radikalleriyle kendini temizleme kapasitesinin ne kadar kırılgan olduğu bir tartışma konusuydu. Bazı araştırmacılar bu kapasitenin çevresel değişimlere karşı hassas olduğu bazılarıysa daha dayanıklı olduğu görüşündeydi. ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer Dairesi ile Almanya Max Planck Kimya Ensitüsü’nün sonuçları 2011 başında yayımlanan ortak araştırması, atmosferin deterjanı OH radikalinin yoğunluğunun yıldan yıla pek fazla değişmediğini kanıtladı. Araştırmaya göre OH radikali yoğunluğundaki yıllık değişim, daha önce öngörüldüğü gibi yüzde 25’i bulan düzeylerde değildi, bunun onda biri kadar bir oranla sınırlıydı. Atmosferdeki OH miktarına ilişkin bu keşif, iklim ve küresel hava kalitesi tahminlerinin güvenilirlik düzeyini artırdı. Çünkü bilgisayar modelleri bu bilgiyi kullanarak atmosferin bileşimini daha isabetli bir şekilde tanımlayabiliyor.

OH Dengesinin Sırrı: İzopren

Bilim insanlarının aklını kurcalayan bir sonraki soruysa, zaman içinde artan hava kirliliğine karşın OH yoğunluğunun nasıl görece olarak sabit kalabildiğiydi. Bu durum OH radikallerinin bir şekilde yeniden üretildiğini düşündürüyordu. Ancak bunun nasıl olabileceğine ilişkin öne sürülen mekanizmalar üç yıl öncesine kadar sadece spekülasyon düzeyinde kaldı.

Max Planck Kimya Enstitüsü araştırmacıları sonuçlarını üç yıl önce yayımladıkları bir araştırmada OH radikallerinin nasıl yeniden üretildiğini ortaya çıkardı. Araştırmanın bulgularına göre OH radikalleri izopren adı verilen uçucu organik bileşiğin yıkımı sırasında gerçekleşiyor.

Tropikal yağmur ormanlarında yapılan ölçümlerde beklenmedik ölçüde yüksek OH yoğunluğuna rastlandı. Oysa bitkiler tarafından büyük miktarlarda salınan uçucu organik bileşiklerden dolayı yağmur ormanlarında OH yoğunluğunun düşük olması bekleniyordu. Çünkü bu bölgelerde atmosferde bulunan OH radikallerinin bu bileşiklerin temizlenmesi sırasında tükeneceği düşünülüyordu. OH yoğunluğunun beklenmedik biçimde yüksek oluşu bu moleküllerin temizleme işlevlerini gerçekleştirdikten sonra bir şekilde geri dönüştürüldüğünü düşündürdü. Araştırmacılar özellikle bitkiler tarafından çok büyük miktarda salınan izopre-ne odaklandı. Terpen sınıfından bir organik bileşik olan izopren kimyasal açıdan akrabası olan diğer terpenlerle birlikte esansiyel yağların ana bileşenlerinden birini oluşturuyor ve pek çok bitkiye de koku veriyor. Tropikal yağmur ormanlarında bitkiler tarafından yılda 500 milyon ton kadar izopren üretildiği tahmin ediliyor. Araştırmacılar daha önce OH’ı sadece tükettiği düşünülen izoprenin OH’ın geri kazanımında kilit bir rol üstlendiğini keşfetti.

Doğa Bize Bir Şans Tanıyor

Taraborrelli, OH radikali miktarının korunmasının, büyük ormanların kendi havalarını temizleme kapasitelerini korumasını sağladığı için, ekolojik açıdan önemli olduğunu belirtiyor. Max Planck araştırmacıları insan kaynaklı uçucu organik bileşiklerin bile atmosferin kendini temizleme kapasitesini izoprenin yaptığına benzer biçimde koruyabileceğini düşünüyor.

Atmosferin kendini temizleme yeteneğini artan hava kirliliğine rağmen koruyabilmesi küresel iklim açısından bir avantaj sağlıyor. Metan gibi pek çok uçucu organik bileşik güçlü sera gazı etkisine sahip ve iklim değiştikçe bu bileşiklerin doğal kaynaklardan daha da fazla salınma olasılığı yüksek. Ancak bunun sonuçları sanıldığı kadar kötü olmayabilir. Çünkü daha sıcak bir ikimde bitkilerin aynı zamanda daha fazla izopren üretmesi de bekleniyor. Son bulgulara göre de daha yüksek izop-ren yoğunluğu, sera gazlarını atmosferden temizleyen OH radikallerinin daha fazla üretilmesi anlamına geliyor. Max Planck Kimya Enstitüsü yöneticisi Jos Lelievelde göre tüm bunlar, doğal eko-sistemlerin ve ekosistemlerdeki atmosfer ortamlarının kendilerini sandığımızdan daha iyi koruduğunu gösteriyor ancak bu korunma mekanizmasının varlığı, küresel ölçekte artan hava kirliliği konusunda endişelenmemiz gerekmediği anlamına gelmiyor. Her yıl yaklaşık üç milyon kişinin insan kaynaklı hava kirliliği yüzünden hayatını kaybettiği dünyamızda kirlilik kaynaklarını en aza indirmek için elimizden geleni yapmamız gerekiyor.

İki Yönlü Tampon Mekanizması

Max Planck araştırmacıları izoprenin OH radikallerini geri dönüştürme mekanizmasını çözmeyi de başardı. Araştırma ekibinin başında bulunan Domenico Taraborrelli’nin belirttiğine göre mekanizma iki yönlü işliyor, izopren OH radikallerinin hem azalmasına hem de oluşmasına neden oluyor. OH radikallerinin geri dönüşüm etkinliği, miktara bağlı olarak değişiyor. Eğer OH yoğunluğu yüksekse az, OH yoğunluğu düşükse daha fazla geri dönüşüm oluyor. Böylece OH radikalleri dengelenmiş, daha kimsayal bir söyleyişle tamponlanmış oluyor. Bu tamponlama etkisi, yağmur ormanları üzerinde neden atmosferik kimya modelleriyle öngörülenden daha fazla OH yoğunluğu gözlemlendiğini açıklıyor.

Araştırmacılar bu ikilemi, mevcut bir küresel atmosferik kimya modeline karmaşık bir tepkime dizisi ekleyerek çözdü. Bu modele göre OH radikalleri izopreni önce hidro-peroksi-aldehit (HPAL) adlı maddeye dönüştürüyor. Bundan sonra ne olacağını ise havada ne kadar OH bulunduğu belirliyor. Eğer OH yoğunluğu düşükse HPAL, molekül halindeki atmosferik oksijenle güneş ışığının tetiklediği bir zincir tepkimeye giriyor. Bunun sonucundaysa, başlangıçta HPAL’in oluştuğu tepkimede tüketilenden daha fazla OH radikali oluşuyor. Öte yandan havadaki OH yoğunluğu yüksekse, HPAL OH ile tepkimeye girerek OH yoğunluğunun net olarak azalmasına neden oluyor. Böylece OH yoğunluğunun çok fazla artması ve azalması önlenmiş, OH yoğunluğu belirli bir aralıkla sınırlandırılmış oluyor.