Древние образцы воздуха из одной книги из самых снежных ледяных кернов Антарктиды бывают вариации добавить новую молекулу к записи изменений в атмосфере Земли в течении последних полтора столетия, поскольку промышленная революция начала сжигать ископаемые виды топлива в огромных масштабах.
Хотя углекислый газ и метан хорошо известны, исследователи из Университета Вашингтона и Университета Рочестера являются частью команды, работающей над отслеживанием гораздо более редкого газа, присутствующего в количестве менее учебника на триллион молекул. Атмосферное моющее средство, известное как гидроксил, хотя и встречается редко, но может очищать атмосферу и определять судьбу более обильных газов, влияющих на климат Земли.
Антарктическая полевая кампания прошлой зимой, проведенная США и Австралией, успешно вывела некоторые из самых больших образцов воздуха, датируемых 1870-ми годами до сегодняшнего дня. Эти образцы являются первым шагом к изучению изменений в концентрации гидроксила в течении последних 150 лет. Первые результаты полевых работ были представлены на этой неделе на ежегодной осенней встрече Американского геофизического союза в Сан-Франциско.
«Это, вероятно, самая экстремальная химическая атмосфера, которую можно сделать из образцов ледяного керна, и логистика также была экстремальной». сказал Питер Нефф, доктор наук, имеющий двойные назначения в UW и в Рочестерском университете.
Но месяцы, которые команда провела в лагере на поверхности льда на снежной площадке Law Dome, окупились.
«Насколько мне известно, это самый большой образец воздуха 1870-х годов, который кто-либо когда-либо получал». сказал Нефф. Его 10 недель в лагере на поверхности льда включали минус 20 градусов по Фаренгейту и несколько снежных бурь, некоторые где он поделился из Антарктиды через Twitter.
Воздух из более глубоких ледяных кернов, пробуренных в Антарктиде и Гренландии, обеспечил запись двуокиси углерода и метана, двух парниковых газов, за тысячи лет. Хотя срок службы углекислого газа составляет от десятилетий до столетий, срок службы более мощного газа, метана, составляет всего девять как еще его называют десять лет.
Определение точного времени жизни метана и того, как он менялся с годами, зависит от концентрации гидроксила. Это число важно для глобальных климатических моделей, используемых для изучения прошлого и будущего климата.
Чтобы проследить историю существования гидроксила, мимолетной молекулы с временем службы менее миллионной доли секунды, в полевой кампании в завершение 2018 и начале 2019 года был пробурен лед для изучения этого очень реакционноспособного газа путем изучения его чуть более обильного компаньона, углерода с 14 нейтроны, связанные с атомом кислорода, или «монооксидом углерода-14», который химически разрушается гидроксилом и, таким образом, отслеживает концентрации гидроксила.
Исследователи получают монооксид углерода-14 из пузырьков льда, образующихся при сжатии снега.
«Особенность ледникового льда в том факте, что в персональном компьютере всегда есть пузырьки воздуха». сказал Нефф. «Любой ледник в мировой экономике имеет эту пузырчатую текстуру, поскольку он начинался как куча шестигранных снежинок, а между этими пальцами. воздух».
Через одно или несколько десятилетий после удара о землю пузыри полностью изолируются от внешней среды по причине сжатия под слоями снега. Скопление сильного снегопада в Law Dome означает солидные объемы воздушных пузырьков за год и обеспечивает достаточно толстый щит для защиты моноксида углерода-14 от солнечной радиации.
Международная команда добывала около двух десятков срезов льда длиной 3 фута за день, и дальше помещала ледяные трубы в снежную пещеру, чтобы защитить их от космических лучей, которые сильнее у полюсов. Эти лучи бывают вариации убивать другие молекулы и искажать исторические записи.
«Как только образцы окажутся по, они станут горячим картофелем». сказал Нефф.
Завтра после извлечения керна команда очищала лед и помещала его в устройство Неффа и его руководителя дипломного проекта Университета Рочестера Василия Петренко: 335-литровая вакуумная камера в теплой ванне для таяния льда и обработки образцов. в их источнике, чтобы избежать загрязнения и собрать самые большие пробы воздуха.
«Размер одной пробы составлял около 400 или 500 кг льда, примерно столько же, сколько у рояля, чтобы получить достаточно этой молекулы оксида углерода-14». сказал Нефф. «В полевом лагере мы превратили 500 кг льда в одну 50-литровую канистру воздуха».
Команда извлекла 20 бочкообразных канистр с воздухом из разных периодов времени.
Анализ в предстоящие месяцы будет направлен на построение кривой концентрации для оксида углерода-14 и гидроксила на протяжении десятилетий, аналогично уже известным кривым для углекислого газа и метана. Кривые показывают, как концентрации газа в атмосфере изменились с индустриальной эры.
В период этой работы Нефф также исследовал более легкие комбинации льда и воздуха. В свое время поездки в начале 2016 года, чтобы подготовиться к этим усилиям, Нефф провел неофициальный эксперимент, который получил распространение в соц сетях сетях, когда он опубликовал его в феврале 2018 года. Видео фиксирует звук, который издает кусок льда при падении в туннель, созданный льдом колонковая дрель.
Он поделился большим количеством фотографий и видео в свое время этой прошлогодней экспедиции в Антарктику, при за период некоторого времени после возвращения из отдаленного лагеря на исследовательскую станцию, подключенную к Интернету.
«Здорово суметь поделиться чем-то об Антарктике, из Антарктиды». сказал Нефф. «Это способ, которым мы, геологи, можем делиться с людьми работой, которую они помогают поддерживать».
