研究人员发现,阳光和雨水会把沥青粘合剂转变

- 编辑:大众自然网 -

研究人员发现,阳光和雨水会把沥青粘合剂转变

一场戏剧性的石油泄漏,比如十年前发生在墨西哥湾的“深水地平线”(Deepwater Horizon)钻井平台事故,会占据新闻头条长达数月之久,而与此同时,科学家、政策制定者和公众却在为环境中的石油会发生什么而烦恼不已。然而,人们却很少关注几十年来故意在地球上传播的一种石油产品——沥青粘合剂的命运。

现在,总部位于佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室的化学家们进行的一项研究表明,当沥青粘合剂暴露在阳光和水下时,数以千计的潜在有毒化合物会渗入到环境中。这项研究发表在《环境科学与技术》杂志上。

沥青粘合剂,又称沥青水泥,是将铺好的道路上的石头、沙子和砾石粘合在一起的粘合剂。这种沉重的、黑色的、粘稠的物质是从蒸馏过程尾部的桶底原油中提炼出来的。

MagLab由美国国家科学基金会(National Science Foundation)和佛罗里达州资助,是石油经济学领域的世界领先者。石油经济学研究的是构成原油及其副产品的复杂碳氢化合物,这种化合物令人麻木。通过使用高分辨率离子回旋共振(ICR)质谱仪,那里的化学家们已经掌握了鉴定一颗液滴可以包含的数万种不同类型的分子的专业知识,以及这些分子的组成如何被时间、细菌或环境条件改变。

MagLab石油应用和未来燃料研究所的主任Ryan Rodgers多年来一直想用ICR仪器研究沥青粘合剂。为了更好地理解石油分子的结构和行为及其潜在的毒性作用,他的研究小组进行了多年的努力,这是一个合乎逻辑的下一步。先前的研究表明,在铺好的道路附近的土壤和径流中多环芳烃(PAHs)的浓度较高,而多环芳烃是已知的致癌物质。Rodgers怀疑这些多环芳烃和沥青粘合剂之间有联系,他想找到它们。

“石油衍生材料在环境中的长期稳定性一直是我的好奇,”在佛罗里达海湾沿岸长大的Rodgers说。“我们知道它们的成分和结构的复杂性,所以它们不太可能对环境无害。如丝般光滑的黑色道路是如何变成灰色、崎岖不平的道路的?沥青都跑到哪里去了?”

最后,他从当地一家铺路公司弄到了一罐沥青粘合剂,并把这个项目交给了弗罗里达州立大学的化学博士研究生Sydney Niles和MagLab的化学家Martha Chacon-Patino。他们设计了一个实验,在一个玻璃载玻片上制作了一层粘合剂,将其浸入水中,然后在太阳模拟器中照射一周,在不同的时间点对水中进行取样,看看里面有什么。他们怀疑,太阳的能量会导致水中反应性的含氧化合物与粘合剂中的碳氢化合物相互作用,这个过程被称为光氧化作用,从而产生新的分子,这些分子会渗透到水中。

“我们有这个道路样本,在有水的情况下,我们在它上面用假阳光照射,”Niles解释说,他是这篇论文的第一作者。“然后我们看了水,我们发现所有这些化合物都是从石油中提取的,可能是有毒的。我们还发现,随着时间的推移,会过滤出更多的化合物。”

他们在水中发现的碳氢化合物含有更多的氧原子。科学家们确信,太阳确实是这一过程背后的机制,因为在黑暗中过滤进对照样本的化合物要少得多,而且那些样本中的氧原子也更少。事实上,一个星期后,研究小组在辐照样品的水中发现的每升水溶性有机化合物的含量比留在黑暗中的样品高出25倍以上。同时,利用实验室的ICR磁体,他们从受辐射的样本中发现了超过15000种不同的含碳分子。

Niles和Rodgers说,考虑到多环芳烃的普遍毒性,这些结果值得关注。但是研究小组还需要做更多的实验来研究这种毒性。

Rodgers说:“我们已经明确表明,沥青粘合剂具有产生水溶性污染物的潜力,但这些污染物的影响和命运将是未来研究的主题。”

他们还计划进行更多的研究,看看这些化合物是如何转化的,以及不同种类的石油分子是否会有不同的表现。

奈尔斯担心实验室里和外面的碳氢化合物。如果她忘记带她的可重复使用的生产袋去杂货店,她宁愿在去收银台的路上把她的蔬菜换掉,也不愿使用商店里提供的塑料袋。她说,尽管这些发现对地球来说不是好消息,但它们可以带来积极的改变。

“希望这是解决问题的动力,”她说。“我希望工程师们能利用这些信息找到更好的替代方案,不管是在沥青上涂上密封胶来保护它,还是找到其他东西来铺路。”