Lyn og undersynlige udledninger producerer molekyler, der renser atmosfæren

Lynnedslag bryder nitrogen- og oxygenmolekyler i atmosfæren og skaber reaktive kemikalier, der påvirker drivhusgasser. Nu, et hold af atmosfæriske kemikere og lynforskere har fundet ud af, at lyn og, overraskende, undersynlige udledninger, der ikke kan ses af kameraer eller det blotte øje, producerer ekstreme mængder af hydroxyl-radikal-OH- og hydroperoxyl-radikal-HO ₂ .

Hydroxylradikalet er vigtigt i atmosfæren, fordi det igangsætter kemiske reaktioner og nedbryder molekyler som drivhusgassen metan. OH er den vigtigste drivkraft for mange sammensætningsændringer i atmosfæren.

"I første omgang, vi kiggede på disse enorme OH og HO ₂ signaler fundet i skyerne og spurgte, hvad er der galt med vores instrument?" sagde William H. Brune, anerkendt professor i meteorologi ved Penn State. "Vi antog, at der var støj i instrumentet, så vi fjernede de enorme signaler fra datasættet og skrinlagde dem til senere undersøgelse."

Dataene var fra et instrument på et fly, der blev fløjet over Colorado og Oklahoma i 2012 og kiggede på de kemiske ændringer, som tordenvejr og lyn foretager i atmosfæren.

Men for nogle år siden, Brune tog data fra hylden, så, at signalerne virkelig var hydroxyl og hydroperoxyl, og derefter arbejdede sammen med en kandidatstuderende og forskningsmedarbejder for at se, om disse signaler kunne frembringes af gnister og undersynlige udladninger i laboratoriet. Derefter foretog de en reanalyse af datasættet med tordenstrøm og lyn.

"Med hjælp fra en fantastisk bachelor-praktikant, sagde Brune, "vi var i stand til at forbinde de enorme signaler, som vores instrument så gennem tordenskyerne, til lynmålingerne fra jorden."

Forskerne rapporterer deres resultater online i dag (29. april) i Videnskab Første udgivelse og Journal of Geophysical Research—Atmospheres .

Brune bemærker, at fly undgår at flyve gennem de hurtigt stigende kerner af tordenvejr, fordi det er farligt, men kan prøve ambolten, den øverste del af skyen, der breder sig udad i vindens retning. Synligt lyn sker i den del af ambolten nær tordenvejskernen.

"Gennem historien, folk var kun interesserede i lyn på grund af, hvad de kunne gøre på jorden, " sagde Brune. "Nu er der stigende interesse for de svagere elektriske udladninger i tordenvejr, der fører til lyn."

Det meste lyn slår aldrig ned i jorden, og lynet, der bliver i skyerne, er særligt vigtigt for at påvirke ozon, og vigtig drivhusgas, i den øvre atmosfære. Det var kendt, at lyn kan spalte vand for at danne hydroxyl og hydroperoxyl, men denne proces var aldrig blevet observeret før i tordenvejr.

Det, der forvirrede Brunes hold i starten var, at deres instrument registrerede høje niveauer af hydroxyl og hydroperoxyl i områder af skyen, hvor der ikke var noget lyn synligt fra flyet eller jorden. Eksperimenter i laboratoriet viste, at svag elektrisk strøm, meget mindre energisk end synligt lyn, kunne producere de samme komponenter.

Mens forskerne fandt hydroxyl og hydroperoxyl i områder med undersynligt lyn, de fandt kun få tegn på ozon og ingen tegn på nitrogenoxid, som kræver synligt lyn for at dannes. Hvis undersynligt lyn opstår rutinemæssigt, så skal den hydroxyl og hydroperoxyl, som disse elektriske hændelser skaber, inkluderes i atmosfæriske modeller. I øjeblikket, de er ikke.

Ifølge forskerne, "Lyn-genereret OH (hydroxyl) i alle storme, der sker globalt, kan være ansvarlig for en meget usikker, men væsentlig 2% til 16% af den globale atmosfæriske OH-oxidation."

"Disse resultater er meget usikre, dels fordi vi ikke ved, hvordan disse målinger gælder for resten af ​​kloden, " sagde Brune. "Vi fløj kun over Colorado og Oklahoma. De fleste tordenvejr er i troperne. Hele strukturen af ​​højsletterstorme er anderledes end dem i troperne. Det er klart, at vi har brug for flere flymålinger for at reducere denne usikkerhed."