Laserele extrag oxigenul din dioxidul de carbon

Cu un zap, un fascicul de lumină ultravioletă poate arunca dioxid de carbon în oxigen gazos, O₂. Deoarece soarele aruncă aceeași radiație, reacția sugerează că aerul respirabil s-ar fi putut forma pe Pământ înainte de zorii organismelor fotosintetice sau chiar în alte CO₂-atmosfere bogate precum cele de pe Marte și Venus, susțin cercetătorii în 3 octombrie Ştiinţă.

Descoperirea este extrem de interesantă, spune chimistul Simon North de la Universitatea Texas A&M din College Station. Deși oamenii de știință au teoretizat că detritusul unei spargeri de dioxid de carbon ar putea include O₂, dovedind că a fost extrem de dificil. Pentru a face acest lucru, spune North, „autorii au făcut un set frumos de măsurători provocatoare”.

Coautorul Cheuk-Yiu Ng, chimist fizic la Universitatea din California, Davis, spune că cercetătorii au crezut mai întâi că ar avea nevoie de energiile înalte pe care le poate produce un sincrotron. Dar acceleratoarele circulare de particule sunt foarte scumpe și pot fi dificil de accesat. În schimb, Ng și colegii săi au asamblat un set de lasere care trag lungimi de undă reglabile de lumină ultravioletă în vid. Un laser sparge dioxidul de carbon și un al doilea fascicul identifică resturile moleculare.

În mod normal, un CO₂ molecula se va desprinde pentru a forma o moleculă de monoxid de carbon și un atom de oxigen. Această pauză necesită cea mai mică cantitate de energie, deoarece într-o moleculă de CO₂carbonul se află între cei doi oxigeni, așa că o singură legătură trebuie să se rupă pentru a forma CO și O. Dar chimiștii au teoretizat că dacă CO₂ este împușcat cu suficientă energie, atomii săi ar putea deveni supraexcitați și amestecați pentru a forma structuri și fragmente neașteptate.

Chimiștii au prezis că energizarea CO₂ ar putea provoca legătura dintre cei doi oxigeni, formând o structură inelară cu trei atomi. Apoi, unul dintre cei doi oxigeni s-ar putea desprinde de carbon, creând o moleculă liniară cu oxigenii unul lângă altul. În sfârșit, O₂ s-ar putea elibera de CO deformat₂.

Deși experimentul bazat pe laser nu a putut detecta fiecare dintre etapele acestei amestecări atomice, cercetătorii au detectat în mod clar un carbon singur atunci când al doilea laser a smuls un electron de pe atom. Această măsurătoare a sugerat că O₂ s-a format într-adevăr, deși în cantități mici – doar 5% din CO₂ s-a despărțit așa.

Pentru că lungimile de undă care au distrus CO₂ în experiment sunt produse și de soare, descoperirea sugerează că aceste fascicule de radiații ar putea crea O₂ și alte resturi moleculare neașteptate în altă parte a universului, spune Ng. „Acest experiment deschide multe posibilități”, adaugă el, sugerând moleculele extraterestre care nu au fost încă identificate din noul zapping chimic. Și așa cum un studiu recent a propus o modalitate de a face O₂ din apă folosind lumină UV (SN: 19/04/14, str. 11), noul studiu sugerează, de asemenea, că planetele fără viață pot transporta cantități mici de oxigen.

Cel mai interesant este că crearea lui O₂ ar putea influența modul în care se dezvoltă atmosfera unei planete, spune chimistul teoretic fizic Alexander Mebel de la Florida International University din Miami. Aceasta include atmosfera timpurie a Pământului. Cu aproximativ 2,4 miliarde de ani în urmă, planeta a suferit „Marele Eveniment de Oxidare” în jurul momentului în care au apărut microbii fotosintetici.

Dacă O₂ era deja prezent în atmosferă înainte de acel moment, cu toate acestea, ar fi putut contribui la formarea unei planete locuibile pentru cei care respiră oxigen, cum ar fi animalele. „Acest lucru poate afecta întreaga imagine a atmosferei prebiotice a Pământului”, spune Mebel. Dar, adaugă el, cât de importante au fost acele molecule de oxigen de pionierat pentru formarea atmosferei Pământului nu este clar. În continuare, spune el, cercetătorii vor trebui să includă această nouă reacție chimică în simulările computerizate ale modului în care se formează atmosferele.