Rastliny - zvieratá Analýza stratosfu; čistý vzduch l; st R; tsel vodíkovej bilancie v
Obsah:
V štúdii publikovanej v časopise Nature z 21. augusta robí tím vedcov z Kalifornskej univerzity v Berkeley, Kalifornského technologického inštitútu, Národného centra pre výskum atmosféry v Boulderi v Colorade a UC Irvine to isté Rovnováha Zeme z rozpočtu na vodík, odkiaľ vodík pochádza a kadiaľ prúdi.
„Vyrovnaný rozpočet teraz znamená, že môžeme byť lepšie schopní predvídať, čo sa stane, keď ľudia vnesú do atmosféry a z atmosféry obrovské množstvo vodíka pre palivové články,“ uviedla Kristie Boering, profesorka chémie, pozemských a planetárnych vied v UC Berkeley.
Vedci sa doteraz domnievali, že rozumejú väčšine zdrojov a záchytov vodíka - kde sa vodík vyrába a ako sa absorbuje pri chemických reakciách v pôde, oceánoch a atmosfére. Dve rôzne metódy sledovania vodíka však priniesli výrazne odlišné výsledky.
Vedci, ktorí merajú koncentrácie vodíka, zistili, že najväčší záchyt vodíka je v pôde - mikróby metabolizujú plynný vodík (H2) na energiu a odstraňujú vodík zo vzduchu, kde je po metáne jedným z najhojnejších stopových plynov.
Tí, ktorí sledujú vývoj vodíka v relatívnom množstve dvoch jeho izotopov - štandardného vodíka, ktorý má v jadre iba jeden protón, a deutéria, ktoré má v jadre extra neutrón - dostali inú odpoveď. Dáta naznačujú, že hlavným záchytom je reakcia plynného vodíka v atmosfére s OH radikálmi, ktoré „čistia“ atmosféru mnohých reaktívnych plynov.
To, čo mnohých vedcov viedlo k tomuto konečnému záveru, bola významná akumulácia deutéria v H2 alebo molekulárnom vodíku v atmosfére blízko povrchu Zeme. Deutérium, ktoré je na Zemi len o desaťtisícina častejšie ako vodík, je o 12 percent obohatené o H2 v atmosfére viac ako voda (H2O) v oceánoch. Po mnoho rokov sa verilo, že žiadny zdroj alebo záchyt vodíka iný ako reakcia s OH radikálmi v atmosfére nemôže vyprodukovať pozorované obohatenie veľkého množstva deutéria.
UC Berkeley's Boering, ktorý sa špecializuje na izotopovú analýzu skleníkových plynov, sa rozhodol hľadať odpoveď na tento rébus v horných vrstvách atmosféry alebo stratosféry. Stratosféra sa rozprestiera 10 až 50 kilometrov nad povrchom a obsahuje ozónovú vrstvu, ktorá chráni Zem pred ultrafialovými lúčmi. Stratosférický H2 je extrémne obohatený deutériom, pričom obohatenie je až o 32 percent vyššie ako v H2 blízko zemského povrchu.
„Vodík v stratosfére je spolu s zlúčeninami neobvyklých meteoritov najviac obohateným izotopmi na zemi,“ uviedol Boering. „Tieto prvé merania v stratosfére - ďaleko od pôdnych mikróbov a povrchových zdrojov, ako je spaľovanie fosílnych palív - nám umožnili preskúmať, ako je deutérium obohatené alebo ochudobnené iba prostredníctvom procesov v atmosfére.“
Vzorky stratosférického vzduchu boli odoberané upraveným špionážnym lietadlom U-2, ER-2, prevádzkovaným NASA. Na letoch siahajúcich do roku 1996 bolo získaných takmer 500 vzoriek vzduchu.
Ich izotopová analýza ukázala, že extrémne obohatenie deutéria pozorované v stratosférickom H2 nie je spôsobené iba obohatením deutéria deštrukciou H2 pri reakcii s OH, ale aj obohatením deutéria v sérii chemických reakcií, pri ktorých sa oxiduje metán (CH4) H2 na výrobu. V obidvoch prípadoch reakcie zahŕňajúce deutérium prebiehajú inou rýchlosťou ako reakcie zahŕňajúce vodík, čo vedie k produktom s odlišným pomerom deutérium/vodík ako je pomer reagujúcich chemikálií.
„Globálny rozpočet na vodík v atmosfére bol na chvíľu záhadou, pretože si ľudia neuvedomovali, že akumulácia deutéria v atmosfére H2 môže byť spôsobená zdrojom metánu,“ uviedol Boering. „Naše merania tento problém riešia a ukazujú, že to, čo sa vyrába oxidáciou metánu H2 produkuje pomerne obohatené H2 a pomáha vyrovnať rozpočet H2. “
Keď sa tieto nové údaje skombinujú so známymi pomermi deutéria a vodíka iných reakcií, ktoré zahŕňajú vodík - absorpciu H2 pôdnymi mikróbmi a oceánom a produkciu prostredníctvom neúplného spaľovania fosílnych palív, spaľovanie biomasy a produkciu mikróbmi - zdroje a rovnováha nakoniec klesne, povedal Boering.
„Naše merania a analýzy sú krokom vpred v porozumení rozpočtu H2, pretože pomáhajú vyriešiť rozpor medzi rozpočtom odvodeným z meraní koncentrácie H2 a rozpočtom odvodeným z meraní izotopov H2,“ uviedla.
Analýza spoločnosti Boering bola možná vďaka vývoju novej techniky od geochemika Johna Eilera z Caltechu, ktorá merala izotopové pomery pomocou iba 50 - 100 mililitrov vzduchu - menej ako pol pohára - namiesto 4 000 litrov približného objemu, ktorý sa predtým vyžadoval pre veľkú nádrž na propán. doma. Získať stratosférický vzduch v takom veľkom množstve by bolo podľa Boeringa ťažké. Eilerova technika zahŕňa hmotnostnú spektrometriu na oddelenie rôznych izotopov na základe ich malých hmotnostných rozdielov.
Spoluautormi článku sú Eiler z Caltechu a postdoktorandský výskumník Thom Rahn, ktorý je v súčasnosti v Národnom laboratóriu Los Alamos. Michael McCarthy, doktorand na Kalifornskej univerzite v Berkeley; a kolegovia z Národného centra pre výskum atmosféry a UC Irvine.
Výskum spoločnosti Boering je podporovaný Národnou vedeckou nadáciou, Nadáciou Davida a Lucile Packardovcov a Výskumným programom NASA pre hornú atmosféru.