Team udvikler ny metode til at måle atmosfærens evne til at rydde metan, en kraftig drivhusgas

Ny forskning fra UMBC's Glenn Wolfe og samarbejdspartnere former, hvordan videnskabsmænd forstår metans skæbne, en kraftig drivhusgas, i jordens atmosfære.

Af drivhusgasserne, metan har den tredjestørste samlede effekt på klimaet efter kuldioxid og vanddamp. Og jo længere den bliver i atmosfæren, jo mere varme det fanger. Derfor er det vigtigt, at klimamodeller korrekt repræsenterer, hvor længe metan holder, før det nedbrydes. Det sker, når et metanmolekyle reagerer med et hydroxylradikal - et oxygenatom bundet til et hydrogenatom, repræsenteret som OH - i en proces kaldet oxidation. Hydroxylradikaler ødelægger også andre farlige luftforurenende stoffer.

"OH er virkelig det mest centrale oxidationsmiddel i den nedre atmosfære. Det styrer levetiden for næsten alle reaktive gasser, "forklarer Wolfe, en assisterende forskningsprofessor ved UMBC's Joint Center for Earth Systems Technology. Imidlertid, "globalt, vi har ikke en måde at måle OH direkte på." Mere end det, det er velforstået, at nuværende klimamodeller kæmper for nøjagtigt at simulere OH. Med eksisterende metoder, forskere kan udlede OH i en grov skala, men der er få oplysninger om hvor, hvornår, og hvorfor af variationer i OH.

Ny forskning offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences og ledet af Wolfe sætter videnskabsmænd på vejen til at ændre det. Wolfe og kolleger har udviklet en unik måde at udlede, hvordan globale OH-koncentrationer varierer over tid og i forskellige regioner. Bedre forståelse af OH-niveauer kan hjælpe forskerne med at forstå, hvor meget af op- og nedture i globale metanniveauer, der skyldes ændrede emissioner, fra olie- og naturgasproduktion eller vådområder, versus at være forårsaget af ændrede niveauer af OH.

Et flyvende laboratorium

NASA-satellitter har målt atmosfæriske formaldehydkoncentrationer i over 15 år. Wolfes nye forskning er afhængig af disse data, plus nye observationer indsamlet under NASAs seneste Atmospheric Tomography (ATom) mission. ATom har fløjet fire kredsløb rundt om verden, prøveudtagning af luft ved hjælp af et NASA forskningsfly.

Dette "flyvende laboratorium, "som Wolfe beskriver det, indsamlet data om atmosfæriske formaldehyd- og OH-niveauer, der illustrerer et bemærkelsesværdigt simpelt forhold mellem de to gasser. Dette overraskede ikke forskerne, fordi formaldehyd er et vigtigt biprodukt af metanoxidation, men denne undersøgelse giver den første konkrete observation af sammenhængen mellem formaldehyd og OH. Resultaterne viste også, at de formaldehydkoncentrationer, flyet målte, stemmer overens med dem, der blev målt af satellitterne. Det vil give Wolfes team og andre mulighed for at bruge eksisterende satellitdata til at udlede OH-niveauer i det meste af atmosfæren.

"Så de luftbårne målinger giver dig en sandhed om, at det forhold eksisterer, Wolfe siger, "og satellitmålingerne lader dig udvide dette forhold over hele kloden."

Wolfe, imidlertid, er den første til at erkende, at arbejdet med at forbedre globale modeller langt fra er udført. Flyet målte OH- og formaldehydniveauer over det åbne hav, hvor luftkemien er forholdsvis enkel. Det ville være mere kompliceret over en skov, og endnu mere over en by.

Mens det forhold, forskerne bestemte, giver en solid grundlinje, som det meste af jordens luft gør, Ja, flyde over oceanerne, mere arbejde er nødvendigt for at se, hvordan OH-niveauer adskiller sig i mere komplekse miljøer. Potentielt, forskellige data fra eksisterende NASA-satellitter, såsom dem, der sporer emissioner fra byområder eller naturbrande, kunne hjælpe.

Wolfe håber at blive ved med at forfine dette arbejde, som han siger er i "forbindelsen mellem kemi og klimaforskningssamfund. Og de er meget interesserede i at få OH til at passe."

At få det rigtigt

Den nuværende undersøgelse overvejede sæsonbestemte variationer i OH, ved at analysere målinger foretaget i februar og august. "Sæsonbestemthed er et aspekt af denne undersøgelse, der er vigtigt, "Wolfe siger, "fordi breddegraden, hvor OH er på sit maksimum, bevæger sig rundt." I betragtning af sæsonbetingede ændringer i OH -koncentrationer, eller endda flerårige skift forårsaget af fænomener som El Niño og La Niña, kunne være en vinkel at undersøge, når man forsøger at forbedre globale klimamodeller.

At kigge nærmere på OH -niveauer på global skala ved hjælp af satellitdata valideret af flydata kan også hjælpe forskere med at forfine deres modeller. "Du kan bruge den rumlige variation og sæsonbetingelserne til at forstå på procesniveau, hvad der driver OH, og så spørg, om modellen har det rigtigt eller ej, " siger Wolfe. "Idéen er at være i stand til at stikke i alle disse funktioner, hvor vi ikke rigtig har haft nogen data at gøre det med før."

Denne nye forskning er et skridt på vejen mod at forbedre vores forståelse af det globale klima, selvom det hurtigt ændrer sig. Mere præcist at forstå hvordan, for eksempel, at reducere udledningen af ​​metan vil påvirke klimaet, og hvor hurtigt, kan endda påvirke politiske beslutninger.

"Det er ikke perfekt. Det kræver arbejde, " siger Wolfe. "Men potentialet er der."