Phát hiện có liên quan đến tuyết trên băng biển, thêm một chiều hướng mới cho mối quan tâm khoa học về việc mất băng Bắc Cực.
Các nhà nghiên cứu do Quỹ khoa học quốc gia tài trợ tại Đại học Purdue đã phát hiện ra rằng tuyết có ánh nắng mặt trời là nguồn chính của brom trong khí quyển ở Bắc Cực, chìa khóa cho các phản ứng hóa học độc đáo giúp thanh lọc các chất ô nhiễm và phá hủy ozone.
Nghiên cứu mới cũng chỉ ra rằng lớp tuyết bề mặt trên băng biển Bắc Cực đóng vai trò chưa được đánh giá cao trước đây trong chu trình nước brom và mất băng biển, xảy ra với tốc độ ngày càng nhanh trong những năm gần đây, có thể gây ra những tác động cực kỳ đột phá trong sự cân bằng của hóa học khí quyển ở vĩ độ cao.
Kerri Pratt, Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của NSF trong nghiên cứu về vùng cực, tiến hành một thí nghiệm buồng tuyết trong ống gió -44F gần Barrow, Alaska. Tín dụng: Ảnh tín dụng Paul Shepson, Đại học Purdue
Phát hiện của nhóm nghiên cứu cho thấy khí hậu Bắc cực thay đổi nhanh chóng khi nhiệt độ bề mặt tăng nhanh gấp ba lần so với mức trung bình toàn cầu có thể thay đổi đáng kể hóa học khí quyển của nó, Paul Shepson, nhà nghiên cứu do NSF tài trợ, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết. Các thí nghiệm được thực hiện bởi Kerri Pratt, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ được tài trợ bởi Bộ phận các chương trình vùng cực trong Ban giám đốc khoa học địa chất NSF.
Giăng Chúng tôi đang chạy đua để hiểu chính xác những gì xảy ra ở Bắc Cực và nó ảnh hưởng đến hành tinh như thế nào bởi vì nó là một sự cân bằng tinh tế khi nói đến một bầu không khí thân thiện với cuộc sống của con người, ông Hayson, một thành viên sáng lập của Purdue Trung tâm nghiên cứu biến đổi khí hậu. Thành phần của khí quyển quyết định nhiệt độ không khí, kiểu thời tiết và chịu trách nhiệm cho các phản ứng hóa học làm sạch không khí của các chất ô nhiễm.
Một bài viết chi tiết về kết quả nghiên cứu, một số được tài trợ bởi NSF và một số do Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia tài trợ, gần đây đã được xuất bản trực tuyến tại Nature Geoscience.
Ozone trong bầu khí quyển thấp hơn hành xử khác với tầng ozone tầng bình lưu liên quan đến tầng ozone bảo vệ hành tinh. Ozone khí quyển thấp hơn này là một loại khí nhà kính độc hại cho con người và thực vật, nhưng nó cũng là một chất làm sạch thiết yếu của khí quyển.
Khảm hình ảnh của Bắc Cực bởi MODIS. Điểm sáng nhất trong ảnh là Greenland, phủ đầy tuyết trắng. Phía tây và phía bắc của Greenland, băng biển xuất hiện màu xanh xám nhạt.
Sự tương tác giữa ánh sáng mặt trời, ozon và hơi nước tạo ra một tác nhân oxy hóa có thể dùng để tẩy sạch bầu không khí của hầu hết các chất ô nhiễm mà con người thải ra.
Nhiệt độ ở hai cực quá lạnh vì sự tồn tại của nhiều hơi nước và ở Bắc Cực, quá trình làm sạch này xuất hiện thay vào đó dựa vào các phản ứng trên các bề mặt đóng băng liên quan đến brom phân tử, một loại khí halogen có nguồn gốc từ muối biển.
Bromine khí này phản ứng với và phá hủy ozone trong khí quyển. Khía cạnh này của hóa học brom hoạt động rất hiệu quả ở Bắc Cực đến nỗi ozone thường bị cạn kiệt hoàn toàn khỏi bầu khí quyển trên băng biển vào mùa xuân, ông Shepson lưu ý.
Đây chỉ là một phần của hóa học ozone trong khí quyển mà chúng ta không hiểu rất rõ, và hóa học Bắc cực độc đáo này dạy chúng ta về vai trò tiềm năng của bromine ở các nơi khác trên hành tinh, ông nói. Hóa học Brom Brom làm trung gian lượng ozone, nhưng nó phụ thuộc vào tuyết và băng biển, điều đó có nghĩa là sự thay đổi khí hậu có thể có những phản hồi quan trọng với hóa học ozone.
Trong khi người ta biết rằng có nhiều bromine trong khí quyển ở các vùng cực, nguồn cụ thể của bromine khí tự nhiên vẫn còn được đặt câu hỏi trong nhiều thập kỷ, Pratt, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ được tài trợ bởi Chương trình Polar.
Chúng tôi nghĩ rằng cách nhanh nhất và tốt nhất để hiểu những gì đang xảy ra ở Bắc Cực là đến đó và làm các thí nghiệm ngay tại nơi hóa học đang diễn ra, chanh Pratt nói.
Ba Polar gấu tiếp cận mũi mạn phải của Los Angeles-class tấn công nhanh tàu ngầm USS Honolulu (SSN 718) trong khi bề mặt được 280 dặm từ Bắc Cực. Nhìn thấy bởi một cái nhìn từ cầu (buồm) của tàu ngầm, những con gấu đã điều tra chiếc thuyền trong gần 2 giờ trước khi rời đi. Tín dụng: Wikimedia
Cô và sinh viên tốt nghiệp Purdue Kyle Custard đã thực hiện các thí nghiệm trong các cơn gió lạnh từ -45 đến -34 Celsius (-50 đến -30 Fahrenheit) gần Barrow, Alaska. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra băng biển năm đầu tiên, các cột băng mặn và tuyết và phát hiện ra rằng nguồn khí bromine là tuyết trên bề mặt trên cả băng biển và lãnh nguyên.
Đá biển biển được cho là nguồn gốc của nước brom dạng khí, cô nói. Tất nhiên, chúng tôi đã có một tất nhiên! Khoảnh khắc của chúng tôi khi nhận ra đó là tuyết trên đỉnh băng. Tuyết là những gì tiếp xúc trực tiếp với bầu khí quyển. Biển băng là rất quan trọng cho quá trình, mặc dù. Không có nó, tuyết sẽ rơi xuống đại dương và hóa học này sẽ diễn ra.Đây là một trong những lý do tại sao việc mất băng biển ở Bắc Cực sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hóa học khí quyển.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng ánh sáng mặt trời đã kích hoạt giải phóng khí brom từ tuyết và sự hiện diện của ozone làm tăng sản xuất khí bromine.
Muối muối từ đại dương và axit từ một lớp khói có tên là khói mù Bắc cực gặp nhau trên bề mặt đóng băng của tuyết, và hóa học độc đáo này xảy ra, chanh Pratt nói. Đây là giao diện của tuyết và không khí là chìa khóa.
Một loạt các phản ứng hóa học nhanh chóng nhân lên lượng khí brom có mặt, được gọi là vụ nổ bromine, được biết là xảy ra trong khí quyển. Nhóm nghiên cứu cho thấy điều này cũng xảy ra trong không gian giữa các tinh thể tuyết và gió sau đó giải phóng khí brom lên không trung phía trên tuyết.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện 10 thí nghiệm với các mẫu tuyết và băng chứa trong buồng tuyết tuyết, một hộp được làm bằng nhôm với lớp phủ đặc biệt để ngăn chặn các phản ứng bề mặt và lớp trên cùng bằng acrylic. Không khí sạch có và không có ozone được phép chảy qua buồng và các thí nghiệm được thực hiện trong bóng tối và dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên.
Nhóm nghiên cứu cũng đã đo nồng độ bromine monoxide, một hợp chất được hình thành từ phản ứng của các nguyên tử brom với ozone, thông qua các chuyến bay của Phòng thí nghiệm không khí Purdue cho nghiên cứu khí quyển.
Shepson là phi công của chiếc máy bay được trang bị đặc biệt này, mà anh và chuyên gia kỹ thuật vận hành hàng không Brian Stirm đã bay từ Indiana đến Barrow cho các thí nghiệm này. Họ tìm thấy hợp chất phổ biến nhất trên băng và lãnh nguyên năm đầu tiên phủ đầy tuyết, phù hợp với các thí nghiệm buồng tuyết của họ.
Các thí nghiệm đã được thực hiện từ tháng 3 đến tháng 4 năm 2012 và là một phần của Thí nghiệm NASA Brom Brom, Ozone và Mercury, hoặc BROMEX. Mục tiêu của nghiên cứu là tìm hiểu ý nghĩa của việc giảm băng biển Bắc Cực đối với hóa học tầng đối lưu.
Nhóm tiếp theo có kế hoạch thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để thử nghiệm các cơ chế phản ứng được đề xuất và quay trở lại Barrow để thực hiện nhiều thí nghiệm buồng tuyết hơn.
Ngoài ra, Shepson đang dẫn đầu một nhóm sử dụng phao buộc băng để đo carbon dioxide, ozone và bromine monoxide trên Bắc Băng Dương, và Pratt đang làm việc với các nhà khoa học từ Đại học Washington để kiểm tra hóa học của tuyết từ khắp Bắc Cực Đại dương.
Ở vùng Bắc Cực, biến đổi khí hậu đang diễn ra với tốc độ chóng mặt, theo ông Pr Pratt. Một câu hỏi lớn là điều gì sẽ xảy ra với thành phần khí quyển ở Bắc Cực khi nhiệt độ tăng và băng tuyết giảm hơn nữa?
Qua NSF