Növények - Állatok A stratosph elemzése; ric levegő l; st az R; tsel a hidrogén egyensúlyt ben
Tartalomjegyzék:
A Nature augusztus 21-i számában megjelent tanulmányban a Kaliforniai Egyetem, Berkeley, a Kaliforniai Műszaki Intézet, a Boulderben (Colorado) és az UC Irvine területén működő tudósok csoportja ugyanezt teszi. A föld egyensúlya a hidrogén költségvetéséből, honnan származik és hova áramlik a hidrogén.
"A kiegyensúlyozott költségvetés azt jelenti, hogy jobban meg tudjuk jósolni, mi fog történni, amikor az emberek hatalmas mennyiségű hidrogént tesznek üzemanyagcellákba a légkörbe és a légkörből" - mondta Kristie Boering, a kémia, a föld- és a bolygótudomány professzora az UC Berkeley-nél.
Eddig a tudósok úgy gondolták, hogy megértették a legtöbb hidrogénforrást és -nyelőt - hol keletkezik hidrogén és hogyan szívódik fel a talajban, az óceánokban és a légkörben zajló kémiai reakciók során. A hidrogén követésének két különböző módszere azonban jelentősen eltérő eredményeket hozott.
A hidrogénkoncentrációt mérő tudósok azt találták, hogy a legnagyobb hidrogénelnyelő a talajban található - a mikrobák metabolizálják a hidrogéngázt (H2) energiáért, eltávolítva a hidrogént a levegőből, ahol ez az egyik leggyakoribb nyomgáz a metán után.
Azok, akik a hidrogén evolúcióját két izotópjának - a standard hidrogénnek, amelynek csak egy protonja van a magjában, és a deutériumnak, amelynek egy extra neutronja van a magjában - viszonylagos mennyiségével követik, más választ kaptak. Az adatok úgy tűnik, hogy a fő mosogató a légkörben lévő hidrogéngáz reakciója OH gyökökkel, amelyek sok reaktív gáz atmoszféráját "tisztítják".
Ami sok tudóst erre a végső következtetésre vezetett, az az volt, hogy a deutérium H2-ben vagy molekuláris hidrogénben jelentősen felhalmozódott a föld felszínéhez közeli légkörben. A deutérium, amely csak egy tízezrednyire olyan gyakori a földön, mint a hidrogén, 12 százalékkal jobban dúsul H2-vel a légkörben, mint az óceánokban a víz (H2O). Sok éven át azt hitték, hogy a légkörben lévő OH gyökökkel való reakción kívül más hidrogénforrás vagy -hordozó nem eredményezheti a megfigyelt nagy deutérium-dúsulást.
Az UC Berkeley Boering-je, aki az üvegházhatású gázok izotóp-elemzésére szakosodott, úgy döntött, hogy választ keres erre a rejtvényre a légkör felső részén vagy a sztratoszférában. A sztratoszféra 10-50 km-re nyúlik a felszín fölé, és tartalmazza az ózonréteget, amely megvédi a földet az ultraibolya sugaraktól. A sztratoszférikus H2 rendkívül gazdag deutériumban, a dúsulás akár 32 százalékkal magasabb, mint a föld felszínéhez közeli H2-ben.
"A sztratoszférában található hidrogén a legizotópokkal dúsított anyag a földön, a szokatlan meteoritokban található vegyületekkel együtt" - mondta Boering. "Ezek az első mérések a sztratoszférában - távol a talaj mikrobáitól és a felszíni forrásoktól, például a fosszilis tüzelőanyagok égésétől - lehetővé tették számunkra, hogy megvizsgáljuk, hogyan gazdagodik vagy kimerül a deutérium kizárólag a légkörben zajló folyamatok révén."
A sztratoszféra levegőjének mintáit egy módosított U-2 kémrepülővel, az ER-2-vel vettük, amelyet a NASA üzemeltetett. Az 1996-os repüléseken csaknem 500 légmintát nyertek.
Izotóp-elemzésük kimutatta, hogy a sztratoszférikus H2-ben megfigyelt extrém deutérium-dúsulás nemcsak a deutérium-dúsításnak köszönhető, amely a H2 elpusztításával jár az OH-val való reakcióban, hanem a deutérium-dúsításnak is a kémiai reakciók sorozatában, amelyben a metán (CH4) oxidálódik H2 termelni. Mindkét esetben a deutériumot tartalmazó reakciók más sebességgel haladnak, mint a hidrogénnel, így olyan termékeket kapunk, amelyeknél a deutérium/hidrogén arány eltér a reakcióban lévő vegyi anyagok arányától.
"A légkör globális hidrogén-költségvetése egy ideig rejtély volt, mert az emberek nem tudták, hogy a deutérium dúsulása a légköri H2-ben a metánforrásnak köszönhető" - mondta Boering. A H2 meglehetősen dúsított H2-t termel, és elősegíti a H2 költségvetés egyensúlyát. "
Ha ezeket az új adatokat kombinálják a hidrogénnel járó egyéb reakciók ismert deutérium-hidrogén arányával - a talaj mikrobái és az óceán felveszik a H2-t, és a fosszilis tüzelőanyagok hiányos elégetésével, a biomassza elégetésével és a mikrobák által előállított termeléssel - a források és az egyensúly végül csökken - mondta Boering.
"Méréseink és elemzéseink előrelépést jelentenek a H2 költségvetés megértésében, mivel segítenek megoldani a H2 koncentrációmérésből származó költségvetés és a H2 izotóp mérésekből származó költségvetés közötti eltérést" - mondta.
Boering elemzését John Eiler, a caltechi geokémikus új technikájának kifejlesztésével hozták létre, amely az izotóp arányokat mindössze 50-100 milliliter levegő - kevesebb, mint fél csésze - felhasználásával mérte meg a nagy propántartályhoz korábban szükséges 4000 literes hozzávetőleges térfogat helyett. otthon. A sztratoszférikus levegő ilyen nagy mennyiségben történő bejutása nehéz lenne - mondta Boering. Eiler technikája magában foglalja a tömegspektrometriát a különböző izotópok elkülönítésére kis súlykülönbségeik alapján.
A cikk társszerzői között van Eiler a Caltech-től és Thom Rahn posztdoktori kutató, aki jelenleg a Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban dolgozik. Michael McCarthy, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem PhD-hallgatója; és munkatársai az Országos Légköri Kutató Központtól és az UC Irvine munkatársaitól.
Boering kutatásait a Nemzeti Tudományos Alapítvány, a David és Lucile Packard Alapítvány, valamint a NASA Felső Légköri Kutatási Programja támogatja.