野火燃烧的生物质每年都会向大气中释放大量芳香烃，这些芳香烃被认为会转化为更吸光和有毒的硝基芳烃。
肯塔基大学的化学教授马塞洛·古兹曼在《ACS ES&T Air》杂志上解释了他的研究小组发表的论文《暴露于O3和NO2的水微滴中儿茶酚转化为4-硝基儿茶酚》，他说:“这是一个非常有趣的问题，而且不容易研究。”
那是七月下旬的一个下午，古兹曼很担心，因为肯塔基州中部的空气质量已经达到了不健康的水平，因为野火的烟雾从加拿大向南飘来。野火产生的浓烟也会影响飞机驾驶员的视野，并影响运输行业。
在实验室里，一群热情的学生正在用校准的仪器分析化学物质，以了解空气污染物是如何与颗粒表面相互作用的。“15秒，然后取样，”古兹曼向学生建议。实验室明亮，相对安静，他想帮助学生在混合化学物质后很快记录观察结果。
这是古兹曼研究环境化学的实验室的第一次访问，这是一个雄心勃勃的国家科学基金会项目的一部分，该项目调查空气中的污染物如何在悬浮在大气中的微粒表面转化。
该项目正在确定新的反应途径，随后是儿茶酚，一组丰富的分子从生物质燃烧和燃烧产生的烟雾中释放出来，并确定其转化的最终产品如何以及何时吸收更多的阳光并影响公众健康。
儿茶酚分子从未被如此详细地研究过，它能如此迅速地与两种关键大气分子——臭氧和二氧化氮——的不同浓度比发生反应，这两种分子代表了从相对清洁的空气到严重污染的烟雾的不同情况。
尽管儿茶酚是在生物质燃烧过程中释放到空气中的最丰富的芳香烃之一，“很少有研究区分它们在与烟雾中两种丰富的气体——二氧化氮和臭氧——接触时的具体转化，这两种气体产生非常活跃的硝酸盐自由基，并能给颗粒留下棕色的痕迹，这也使它们更具毒性，”古兹曼说。
根据本研究，我们知道芳香烃环中硝基的加入增加了烟雾中细颗粒物表面污染物的毒性。
世界卫生组织2019年报告称，在城市和农村地区，暴露于环境(室外)空气污染导致全球每年420万人过早死亡;这种死亡率是由于接触可导致心血管和呼吸系统疾病以及癌症的细颗粒物所致。我们以前不了解的是这些有毒成分是如何以及在什么条件下形成生物质烟雾的。
肯塔基大学的研究人员通过仔细的实验室模拟烟雾中不同浓度化学物质的反应，希望提高对野火排放变化的基本理解，从而为空气质量和气候模型提供信息。
为了证明他的实验室发现如何应用于现实世界，古兹曼打开了他笔记本电脑上的一个文件，展示了硝基芳香族产物的测量产量是如何随着硝酸盐自由基的形成而增加的。他发现，即使是在夜间应该存在于生物质烟雾附近的最小浓度的硝酸盐，这个过程也是非常有效的。在这项工作之前，没有人想到要看这种依赖。
他说:“我们使用了一种特殊的反应器，在不受容器壁提供的其他非均相反应干扰的情况下，如此快速地采样了水微滴的界面。”“大气科学界没有考虑到烟雾中这些未知的反应，这些反应意味着电子和质子在化学物质之间的转移，以及自由基攻击可以在水面上进行的事实。”
“在我们的实验中，一旦微液滴消失含有儿茶酚(烟雾中污染的芳香标记物)，它们会受到一股带有非常短命的硝酸盐自由基的气体的冲击，”古兹曼说。“这些分子在水粒子表面的相互作用持续不到一百万次n秒，这段时间足以产生硝基儿茶酚，一种棕色碳产物，它可以被最先进的质谱仪快速而明确地检测到。”
通过确定形成的分子的质量电荷比，研究人员可以解决烟雾中的污染如何在距离排放点数百英里的地方变得更糟。从本质上讲，夜间烟雾附近的环境条件可以增加有毒棕色碳产品和儿茶酚PM2.5的产生。此外，这种儿茶酚化学有助于解释为什么烟雾与城市污染的混合会在低空产生大量高产的硝基芳烃，导致空气质量大幅下降。
尽管1970年的《清洁空气法》(Clean Air Act)极大地改善了美国城市的空气质量，但当野火燃烧的生物质到达城市地区时，烟雾会恶化这些成果，并发出警告，建议人们留在室内，以保护人们的健康。美国肺脏协会报告称，到2023年，按臭氧测量，美国污染最严重的10个城市中有8个在西部。
通过测量全年直径为2.5微米或更小的颗粒物(PM2.5)，这些颗粒物在吸入时可以深入人体肺部并随后进入血液，排名前25位的城市包括中西部和南部中心城市，如印第安纳波利斯、路易斯维尔、休斯顿、拉雷多、伯明翰、辛辛那提和芝加哥。美国林业局的研究人员预测，从2001-2010年到2050-2059年，火灾排放量将增加约50%，人们越来越担心这种趋势可能会恶化。
与这个问题直接相关的重要因素是气候变化，根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的记录，气温升高似乎是人为变暖的罪魁祸首。仅在过去的50年里，美国48个州的平均气温就上升了1.2摄氏度。同样，加拿大的年平均气温也会上升1.2摄氏度，但要记住，在北纬60度的地区，这种上升更为明显。
因此，这些变化导致美洲大陆的西部和北部不仅变得更温暖，而且更干燥，增加了发生野火的机会。考虑到2022年全球2.2%的面积被烧毁，野火及其污染并不是美国独有的问题。
