More a smog môžu vytvárať nebezpečné spojenectvo. Snímka je z juhoafrického Kapského mesta. FOTO - REUTERS
Voda je taká známa zlúčenina, že už nemá čím prekvapiť. Aspoň to tak vyzeralo. Keď však časopis Science vyhlásil desať najvýznamnejších vedeckých výsledkov za rok 2004, zaradil medzi ne práve nové poznatky o vode. Podieľal sa na nich i tím českého vedca Pavla Jungwirtha.
Z Prahy do Irvine
Docent Jungwirth pracuje v pražskom Ústave organickej chémie a biochémie Akadémie vied. Na pár týždňov až mesiacov však každý rok odchádza na Kalifornskú univerzitu v Irvine. Tamojšia medzinárodná vedecká skupina sa skladá z experimentátorov, ktorí v obrovskej nádrži sledujú reakcie medzi kvapkami (aerosólmi) morskej vody a znečisteným vzduchom, a z odborníkov, ktorí tieto chemické procesy modelujú na počítači.
Pavel Jungwirth patrí medzi tých druhých. Pretože nepotrebuje laboratórium, ale iba počítače, vozí si prácu aj do Prahy, kde si vytvoril svoj tím.
"Pri pokuse možno zistiť výsledok celej reakcie, nedajú sa však vždy sledovať všetky etapy," vysvetľuje. "Počítačové modelovanie však umožňuje vyrátať, čo sa deje s každým atómom a predpovedať priebeh budúcej reakcie. Teoretické výpočty a praktické experimenty sa vzájomne dopĺňajú a overujú."
V polievke zostane, z mora však uniká
Čo vlastne vedci zistili, že si zaslúžili zaradenie do prestížneho rebríčka Science?
Najprv, už koncom deväťdesiatych rokov, preukázali, že z morskej vody sa v prítomnosti ozónu a slnečného ultrafialového žiarenia uvoľňuje chlór. Ten sa v morskej vode viaže vo forme chloridového iónu, čo - spolu s ďalšími iónmi - nie je nič iné ako rozpustená soľ alebo soli.
"Je ťažké urobiť z chloridu chlór - inak by sa vlastne človek otrávil aj osolenou polievkou," poznamenáva Pavel Jungwirth.
Ako sa teda chlór dostáva z morskej vody do ovzdušia? Pri vlnobití. Vlna vystrekne a keď padá späť, strhne so sebou bublinky vzduchu. Tie potom stúpajú k hladine, tam prasknú a vynesú do ovzdušia mikroskopické kvapôčky morskej vody, vlastne aerosóly rozpusteného chloridu sodného a iných solí.
Keď sa stretnú s prízemným ozónom a súčasne na ne svieti Slnko, spustí sa kaskádová reakcia, na ktorej konci sú vo vzduchu voľné molekuly chlóru.
Našťastie sú oveľa menej koncentrované, ako keď sa tento plyn v prvej svetovej vojne používal ako bojová látka. Nebezpečné teda nie je to, že by chlór v prímorskej atmosfére mohol poškodiť ľudské pľúca, ale skôr fakt, že reaguje so zložkami smogu (oxidy dusíka a síry), čím vznikajú ďalšie škodlivé zlúčeniny.
Získané poznatky neplatia iba pre pobrežné oblasti. Vietor totiž roznáša mikroskopické aerosóly až tisíc kilometrov do vnútrozemia. Podstatným zistením je, že bez ozónu a jeho produktov sa chlór z kvapiek morskej vody prakticky nemôže uvoľniť. A pretože v mestských aglomeráciách prízemný ozón vzniká najmä z výfukových plynov áut, je to ďalšia chyba ma kráse, ktorú má automobilizmus založený na spaľovacích motoroch.
Ióny sa neriadia učebnicami fyziky
Potom sa však z chemických rovníc vynorila záhada. Chlóru uvoľneného z kvapiek morskej vody a zisteného pri meraniach bolo oveľa viac, než odpovedalo predstave, že reakcie môžu prebiehať iba v aerosóloch. Odkiaľ sa teda chlór berie?
V kvapalnom aerosóle sa chlorid sodný (NaCl) rozdelí na ióny sodíka a chlóru. Tie vytvárajú silnú väzbu k molekulám vody, "snažia sa", aby ich zo všetkých strán obklopovala voda. Z toho vyplýva, že by sa ióny mali držať vo vnútri kvapky vody, nemali by sa dostať na jej povrch a tam prísť do priameho kontaktu s ozónom a jeho produktmi. Merania toho, ako sa chlór uvoľňuje, však ukázali, že na povrchu aerosólov sa napriek všetkému niečo deje.
"Výpočty a experimenty dokázali, že niektoré ióny sa v kvapkách správajú inak, než predpokladali učebnice fyzikálnej teórie," konštatuje Pavel Jungwirth.
Ióny chlóru totiž patria medzi tie, ktorých elektrónový oblak sa na povrchu kvapiek zdeformuje. Nie sú teda tak silne odpudzované z povrchu, ako predpokladali staršie teórie. Znečistená atmosféra a slnečné žiarenie preto môžu na povrchu kvapiek morskej soli spustiť chemické reakcie, ktoré vedú k produkcii chlóru.
Špinavý vzduch podporuje zvláštne reakcie
V morskej vode sú však ešte ďalšie ióny, napríklad malé množstvo bromidu, ktorý je k povrchu priťahovaný ešte oveľa silnejšie ako chlorid. Najnovšie merania ukazujú, že povrchové reakcie bromidu s ozónom výrazne ovplyvňujú chémiu najnižších vrstiev atmosféry najmä v polárnych oblastiach.
Práve tento nový opis správania iónov v kvapalných aerosóloch vyniesol prácu tímu, na ktorej má významný podiel pražské výpočtové laboratórium, do rebríčka vedeckých prielomov roku 2004.
"Aerosóly sú pre vedu stále veľkou neznámou. Môžu byť zapojené aj v atmosférických reakciách, ktoré zatiaľ vôbec nepoznáme. Ľudia sa na nich neúmyselne podieľajú, keď do ovzdušia vypúšťajú množstvo znečisťujúcich látok. V prípade, ktorý sme opísali, sú to najmä splodiny áut, ktoré prispievajú aj k uvoľňovaniu nežiaduceho chlóru," zhŕňa Pavel Jungwirth.
Autor: JOSEF TUČEK(autor je redaktorom českých Hospodárskych novín)
