Photodegradation processes of natural and anthropogenic compounds in icy matrices

Traditionally, snow and ice have been considered chemically inert environments in which crustal and oceanic emissions accumulate. However, over the last two decades, a new view has emerged, according to which chemical compounds can undergo transformation processes in the cryosphere, particularly through photochemical processes. Although, according to Arrhenius' law, reaction rates decrease at low temperatures, several studies have shown that some photoinduced reactions in ice are faster than in the aqueous phase. This is attributed to the concentration effect of species in the quasi-liquid layer at the ice-air interface, which favours interaction between the molecules present. Although the reaction rates of many species have been studied, the nature of the degradation products, their reactivity and their environmental fate remain poorly explored. In this work, the focus was on an organic compound, bisphenol A (BPA), and an inorganic species, bromine. For BPA, its photoreactivity in ice, snow and sea ice was studied, identifying degradation products and assessing their potential toxicity in silico. For bromine, in relation to oxidative processes in snow, a sensitive method for the speciation and quantification of ultra-traces of Br− and BrO3− has been developed and applied to samples collected in Svalbard to Understand photo-oxidative processes and bromine mobilisation in polar environments.

Tradizionalmente, la neve e il ghiaccio sono stati considerati ambienti chimicamente inerti in cui si accumulano le emissioni crostali e oceaniche. Tuttavia, negli ultimi due decenni è emersa una nuova visione, secondo cui i composti chimici possono subire processi di trasformazione nella criosfera, in particolare attraverso processi fotochimici. Sebbene, secondo la legge di Arrhenius, le velocità di reazione diminuiscano a basse temperature, diversi studi hanno dimostrato che alcune reazioni fotoindotte nel ghiaccio sono più veloci che nella fase acquosa. Ciò è attribuito all'effetto di concentrazione delle specie nello strato quasi liquido all'interfaccia ghiaccio-aria, che favorisce l'interazione tra le molecole presenti. Sebbene siano state studiate le velocità di reazione di molte specie, la natura dei prodotti di degradazione, la loro reattività e il loro destino ambientale rimangono poco esplorati. In questo lavoro, l'attenzione si è concentrata su un inquinante organico, il bisfenolo A (BPA), e su una specie inorganica, il bromo. Per il BPA, è stata studiata la sua fotoreattività nel ghiaccio, nella neve e nel ghiaccio marino, identificando i prodotti di degradazione e valutando la loro potenziale tossicità in silico. Per il bromo, in relazione ai processi ossidativi nella neve, è stato sviluppato un metodo sensibile per la speciazione e la quantificazione di ultra-tracce di Br− e BrO3−, che è stato applicato a campioni raccolti nelle Svalbard per chiarire i processi foto-ossidativi e la mobilizzazione del bromo negli ambienti polari.