Растения - анализ на животните на стратосфата; богат въздух l; st R; цел на водородния баланс в
Съдържание:
В проучване, публикувано в изданието на Nature от 21 август, екип от учени от Калифорнийския университет в Бъркли, Калифорнийския технологичен институт, Националния център за атмосферни изследвания в Боулдър, Колорадо и UC Irvine правят същото Земното равновесие от водородния бюджет, откъде идва водородът и къмкъде тече.
„Балансираният бюджет сега означава, че може да сме по-способни да предскажем какво ще се случи, когато хората влагат огромни количества водород за горивни клетки във и извън атмосферата“, казва Кристи Боринг, професор по химия и науките за Земята и планетите. в UC Berkeley.
Досега учените вярваха, че разбират повечето водородни източници и поглътители - къде се произвежда водородът и как се абсорбира при химични реакции в почвата, океаните и атмосферата. Два различни метода за проследяване на водорода обаче дават значително различни резултати.
Учени, които измерват концентрациите на водород, установяват, че най-голямата водородна мивка е в почвата - микробите метаболизират водородния газ (H2) за енергия, премахвайки водорода от въздуха, където той е един от най-разпространените следи от газове след метана.
Тези, които следят еволюцията на водорода чрез относителните количества на два от неговите изотопи - стандартен водород, който има само един протон в ядрото си, и деутерий, който има допълнителен неутрон в ядрото си - получиха различен отговор. Изглежда, че данните предполагат, че основната мивка е реакцията на водороден газ в атмосферата с ОН радикали, които "почистват" атмосферата от много реактивни газове.
Това, което е довело много учени до този окончателен извод, е значителното натрупване на деутерий в Н2 или молекулярен водород в атмосферата близо до повърхността на земята. Деутерият, който е само една десет хилядна толкова често срещана на земята, колкото водородът, е с 12 процента по-обогатен с H2 в атмосферата, отколкото с вода (H2O) в океаните. В продължение на много години се смяташе, че никой източник или мивка на водород, освен реакция с OH радикали в атмосферата, не може да доведе до голямото обогатяване на деутерия, което се наблюдава.
Boering от UC Berkeley, който се специализира в изотопния анализ на парниковите газове, реши да потърси отговор на тази загадка в горната атмосфера или стратосферата. Стратосферата се простира на 10 до 50 километра над повърхността и съдържа озоновия слой, който предпазва земята от ултравиолетовите лъчи. Стратосферната H2 е изключително обогатена с деутерий, като обогатяването е до 32% по-високо, отколкото в H2 близо до земната повърхност.
„Водородът в стратосферата, заедно със съединенията в необичайни метеорити, е най-обогатеният с изотоп материал на земята“, каза Боринг. "Тези първи измервания в стратосферата - далеч от почвените микроби и повърхностни източници, като изгарянето на изкопаеми горива - ни позволиха да проучим как деутерият се обогатява или изчерпва единствено чрез процеси в атмосферата."
Проби от стратосферния въздух са взети от модифициран шпионски самолет U-2, ER-2, експлоатиран от НАСА. Почти 500 въздушни проби са получени при полети, датиращи от 1996 г.
Техният изотопен анализ показа, че екстремното обогатяване на деутерий, наблюдавано в стратосферната H2, се дължи не само на обогатяване на деутерий чрез разрушаване на H2 в реакцията с OH, но и на обогатяване на деутерий в поредицата химични реакции, при които метанът (CH4) се окислява H2 да произвежда. И в двата случая реакциите, включващи деутерий, протичат с различна скорост от тези, включващи водород, което води до продукти със съотношение деутерий/водород, различно от съотношението в реагиращите химикали.
"Глобалният бюджет на водорода в атмосферата беше загадка за известно време, защото хората не успяха да осъзнаят, че обогатяването на деутерий в атмосферния Н2 може да се дължи на източника на метан", каза Боринг H2 произвежда доста обогатен H2 и помага за балансирането на бюджета на H2. "
Когато тези нови данни се комбинират с известните съотношения деутерий-водород на други реакции, които включват водород - усвояване на H2 от почвените микроби и океана и производството чрез непълно изгаряне на изкопаеми горива, изгаряне на биомаса и производство от микроби - източниците и балансът в крайна сметка пада, каза Боринг.
"Нашите измервания и анализи са стъпка напред в разбирането на бюджета на H2, тъй като те помагат за разрешаване на несъответствието между бюджета, получен от измерванията на концентрацията на H2, и бюджета, получен от измерванията на H2 изотопи", каза тя.
Анализът на Boering стана възможен благодарение на разработването на нова техника от геохимика на Caltech Джон Айлер, която измерва съотношенията на изотопите, използвайки само 50-100 милилитра въздух - по-малко от половин чаша - вместо приблизителния обем от 4000 литра, необходим преди за голям резервоар за пропан вкъщи. Получаването на стратосферен въздух в толкова големи количества би било трудно, каза Боринг. Техниката на Eiler включва масова спектрометрия за разделяне на различни изотопи въз основа на техните малки разлики в теглото.
Съавтори на статията включват Айлер от Калтех и постдокторантът Том Ран, който в момента работи в Националната лаборатория в Лос Аламос. Майкъл Маккарти, докторант в Калифорнийския университет в Бъркли; и колеги от Националния център за атмосферни изследвания и UC Irvine.
Изследванията на Boering се подкрепят от Националната научна фондация, Фондация Дейвид и Люсил Пакард и Програмата за изследване на горната атмосфера на НАСА.