Новое исследование, проведенное Гленном Вулфом из UMBC и его сотрудниками, определяет, как ученые понимают судьбу метана, мощного парникового газа, в атмосфере Земли.
Среди парниковых газов метан оказывает третье по величине общее воздействие на климат после углекислого газа и водяного пара. И чем дольше он остается в атмосфере, тем больше тепла улавливает. Вот почему для климатических моделей важно правильно отражать, как долго сохраняется метан до того, как он разложится. Это происходит, когда молекула метана реагирует с гидроксильным радикалом - атомом кислорода, связанным с атомом водорода, представленным как ОН - в процессе, называемом окислением. Гидроксильные радикалы также разрушают другие опасные загрязнители воздуха.
«OH действительно является самым центральным окислителем в нижних слоях атмосферы. Он контролирует время жизни почти каждого химически активного газа», - объясняет Вулф, доцент-исследователь в Объединенном центре технологий земных систем UMBC. Однако «во всем мире у нас нет способа напрямую измерить OH». Более того, хорошо известно, что современные климатические модели изо всех сил пытаются точно имитировать OH. С помощью существующих методов ученые могут сделать вывод о ОГ в грубом масштабе, но информации о том, где, когда и почему возникают вариации ОГ, недостаточно.
Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences под руководством Вулфа, ставит ученых на путь изменения этой ситуации. Вулф и его коллеги разработали уникальный способ сделать вывод о том, как глобальные концентрации OH меняются с течением времени и в разных регионах. Лучшее понимание уровней OH может помочь ученым понять, в какой степени повышение и понижение глобальных уровней метана связано с изменением выбросов, например, при добыче нефти и природного газа или водно-болотных угодьях, по сравнению с изменением уровней OH.
Летающая лаборатория
Спутники NASA уже более 15 лет измеряют концентрацию формальдегида в атмосфере. Новое исследование Вулфа опирается на эти данные, а также на новые наблюдения, полученные во время недавней миссии НАСА по томографии атмосферы (ATom). ATom совершил четыре кругосветных кругосветных полета, отбирая пробы воздуха с помощью исследовательского самолета НАСА.
Эта «летающая лаборатория», как описывает ее Вулф, собирала данные об атмосферном уровне формальдегида и ОН, которые иллюстрируют удивительно простую взаимосвязь между двумя газами. Это не удивило ученых, потому что формальдегид является основным побочным продуктом окисления метана, но это исследование дает первое конкретное наблюдение корреляции между формальдегидом и ОН. Результаты также показали, что концентрации формальдегида, измеренные самолетом, соответствуют концентрациям, измеренным спутниками. Это позволит команде Вулфа и другим использовать существующие спутниковые данные для определения уровней OH в большей части атмосферы.
«Таким образом, воздушные измерения дают вам наземную истину о том, что эта взаимосвязь существует, - говорит Вулф, - а спутниковые измерения позволяют распространить эту взаимосвязь на весь земной шар».
Вулф, однако, первым признал, что работа по совершенствованию глобальных моделей далека от завершения. Самолет измерил уровни OH и формальдегида над открытым океаном, где химический состав воздуха относительно прост. Над лесом было бы сложнее, а над городом тем более.
Хотя отношения, которые определили исследователи, обеспечивают прочную основу, поскольку большая часть земного воздуха действительно плавает над океанами, требуется дополнительная работа, чтобы увидеть, как уровни OH различаются в более сложных средах. Потенциально могут помочь различные данные с существующих спутников НАСА, например данные, отслеживающие выбросы городских территорий или лесные пожары..
Вульф надеется продолжать совершенствовать эту работу, которая, по его словам, находится на «стыке сообществ, занимающихся химическими и климатическими исследованиями.
Правильно
В текущем исследовании учитывались сезонные колебания OH путем анализа измерений, проведенных в феврале и августе. «Сезонность - один из важных аспектов этого исследования, - говорит Вулф, - потому что широта, на которой штат Огайо достигает максимума, меняется». Рассмотрение сезонных сдвигов концентраций ОН или даже многолетних сдвигов, вызванных такими явлениями, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, может быть одним из аспектов, который следует исследовать при попытке улучшить глобальные климатические модели..
Дальнейшее изучение уровней OH в глобальном масштабе с использованием спутниковых данных, подтвержденных данными с самолетов, также может помочь ученым уточнить свои модели. «Вы можете использовать пространственную изменчивость и сезонность, чтобы понять на уровне процесса, что движет OH, а затем спросить, правильно ли это делает модель», - говорит Вулф. «Идея состоит в том, чтобы иметь возможность использовать все эти функции там, где у нас раньше не было данных для этого».
Это новое исследование является одним из шагов на пути к улучшению нашего понимания глобального климата, несмотря на то, что он быстро меняется. Более точное понимание того, как, например, сокращение выбросов метана повлияет на климат и как быстро, может даже повлиять на политические решения.
«Это не идеально. Над этим нужно поработать», - говорит Вулф. «Но потенциал есть».