Главный химический виновник аромата

Основной источник этого запаха — органическое соединение под названием геосмин. Название вещества буквально переводится с греческого как запах земли. С точки зрения органической химии геосмин относится к бициклическим спиртам с брутто-формулой C12H22O. В его структуре находятся два сочлененных углеродных кольца с метильными группами и гидроксильной группой OH, которая и определяет его химические свойства как вторичного спирта.

Синтезируют геосмин почвенные микроорганизмы, преимущественно грамположительные актинобактерии рода Streptomyces, а также некоторые виды синезеленых водорослей (цианобактерий). В засушливый период, когда влаги в грунте мало, бактерии замедляют метаболизм и образуют споры для выживания. В процессе жизнедеятельности и при распаде клеток геосмин накапливается в сухой почве, связываясь с минеральными частицами глины и гумуса.

Человеческое обоняние обладает феноменальной чувствительностью к геосмину. Рецепторы носа способны распознать это вещество при концентрации около пяти пикограммов на литр воздуха, что эквивалентно пяти частям на триллион. Для сравнения, акула чувствует каплю крови в объеме плавательного бассейна примерно в такой же пропорции. По одной из эволюционных гипотез, такая острая реакция помогала далеким предкам людей находить пресную воду и плодородные оазисы в засушливых регионах.

Слово петрикор и вклад растительных масел

Сам характерный аромат влаги ученые называют петрикором. Этот термин ввели в научный обиход в 1964 году австралийские исследователи Изабелла Джой Беар и Ричард Томас, опубликовавшие статью в журнале Nature. Они объединили два греческих корня: petra (камень) и ichor (ихор, эфирная кровь богов в греческой мифологии).

Беар и Томас доказали, что аромат состоит из геосмина и целого коктейля летучих растительных масел. Во время долгой сухой погоды растения выделяют смеси липидов, жирных кислот (таких как пальмитиновая и стеариновая) и углеводородов терпенового ряда. Растительные масла оседают на камнях, песке и глине, замедляя прорастание семян соседей и защищая саму почву от преждевременного истощения запасов воды. Когда начинается дождь, капли растворяют эти соединения и высвобождают их в атмосферу вместе с микробным геосмином.

Физика процесса и как капли создают аэрозоль

Долгое время оставалось загадкой, каким именно образом тяжелые органические молекулы из сухой земли мгновенно взлетают в воздух на высоту человеческого роста. Механизм раскрыли физики Массачусетского технологического института в 2015 году с помощью высокоскоростной микровидеосъемки с частотой до ста тысяч кадров в секунду.

Когда дождевая капля падает на пористую поверхность почвы со скоростью от двух до девяти метров в секунду, происходят следующие процессы:

  • Капля сплющивается о песчинки и запечатывает под собой микроскопические карманы воздуха.
  • Давление внутри этих воздушных полостей возрастает, заставляя пузырьки всплывать сквозь слой воды на поверхность упавшей капли.
  • Достигнув поверхности, пузырек лопается по законам кавитации и выбрасывает в воздух крошечные струи воды.
  • Эти струи распадаются на сотни мельчайших аэрозольных капель диаметром в несколько микрометров, увлекающих за собой молекулы геосмина, терпены и даже живые споры бактерий.

Легкий ветерок мгновенно подхватывает этот аэрозоль и разносит его по округе. Лучше всего данный эффект работает при моросящем или умеренном дожде на сухой песчано-глинистой почве. Сильный ливень быстро заливает все поры сплошным слоем воды, препятствуя образованию пузырьков, поэтому в тропический шторм запах мокрой земли ощущается гораздо слабее.

Роль озона и молний в запахе грозы

Нередко свежий запах появляется еще до того, как упали первые капли дождя. За это отвечает озон — трехатомная аллотропная модификация кислорода с формулой O3. В грозовых облаках электрические разряды линейных молний расщепляют двухатомные молекулы кислорода и азота на отдельные радикалы.

Свободные атомы кислорода мгновенно соединяются с молекулами O2, образуя озон с резким характерным металлически-чистым запахом. Мощные нисходящие воздушные потоки грозового фронта переносят озон из верхних слоев тропосферы к самой земле за минуты до начала ливня, предупреждая обоняние о приближении бури.

Частые вопросы

Почему сырая свёкла и пресноводная рыба имеют земляной привкус?

За этот вкус отвечает тот же самый геосмин. Корнеплоды свёклы растут в непосредственном контакте с почвой и впитывают метаболиты актинобактерий через клеточные мембраны. Речная рыба, особенно сом, карп и карась, питается донным илом, накапливая геосмин в жировых тканях.

Можно ли синтезировать петрикор искусственно для духов?

Геосмин успешно синтезируют в химических лабораториях и используют в нишевой парфюмерии для создания землистых, акватических и лесных аккордов. Из-за феноменальной чувствительности человеческого носа парфюмеры разводят его до миллиардных долей процента, иначе композиция приобретает резкий запах погреба или плесени.

Почему в мегаполисах после дождя пахнет иначе, чем в лесу?

В городской черте мало открытой почвы, поэтому геосмин отходит на второй план. Нагретый асфальт содержит битум, смолы и продукты износа автомобильных шин. Капли дождя выбивают в воздух летучие ароматические углеводороды, частицы сажи и выхлопных газов, создавая специфический урбанистический запах влажного бетона.

Вреден ли геосмин для здоровья человека?

Геосмин абсолютно нетоксичен в природных концентрациях. Он может вызывать неприятные ощущения, если попадает в водопроводную воду из-за сезонного цветения цианобактерий в водохранилищах. Вода приобретает затхлый привкус, но санитарной опасности само по себе вещество не несет.