Бочки древнего антарктического воздуха помогут проследить историю редкого газа

Пробы древнего воздуха из одного из самых снежных мест отбора ледяных кернов в Антарктиде могут добавить новую молекулу в летопись изменений атмосферы Земли за последние полтора века, с начала массового сжигания ископаемого топлива в эпоху промышленной революции.

Пока двуокись углерода и метан хорошо изучены, исследователи из Вашингтонского университета и Рочестерского университета работают в составе команды, стремящейся отследить гораздо более редкий газ, присутствующий в концентрации менее одной молекулы на триллион. Несмотря на редкость, этот атмосферный «детергент», известный как гидроксильный радикал (OH), может очищать атмосферу и определять судьбу более распространенных газов, влияющих на климат Земли.

Полевая кампания в Антарктиде прошлой зимой под руководством США и Австралии успешно извлекла одни из самых крупных образцов воздуха, датируемых с 1870-х годов до наших дней. Эти образцы — первый шаг к пониманию изменений концентрации гидроксила за последние 150 лет. Предварительные результаты полевых работ были представлены на этой неделе на ежегодной осенней встрече Американского геофизического союза в Сан-Франциско.

Международная команда извлекла около двух десятков бочек с воздухом из различных временных периодов. Анализ в ближайшие месяцы позволит построить кривые концентрации углерода-14 монооксида и гидроксила по десятилетиям, аналогичные теперь уже знаменитым кривым для CO₂ и CH₄, показывающим, как изменились концентрации газов в атмосфере с индустриальной эры.

Воздух из более глубоких ледяных кернов, пробуренных в Антарктиде и Гренландии, предоставил данные об углекислом газе и метане за тысячи лет. В то время как CO₂ существует в атмосфере десятилетиями или веками, более мощный парниковый газ — метан — имеет время жизни всего 9–10 лет. Определение точного времени жизни метана и того, как оно менялось, зависит от концентрации гидроксила. Это число важно для глобальных климатических моделей, используемых для изучения прошлого и будущего климата.

«Это, насколько мне известно, самый крупный образец воздуха 1870-х годов, который когда-либо получали», — сказал Питер Нефф, постдокторант, работающий в обоих университетах. Его 10-недельная экспедиция включала температуры до –20 °F (–29 °C) и несколько снежных бурь.

Для изучения истории гидроксила, недолговечной молекулы с временем жизни менее миллионной доли секунды, полевой кампанией в конце 2018 — начале 2019 года был пробурен лед. Исследователи изучают этот высокореактивный газ через его чуть более распространенного спутника — углерод-14 монооксид (¹⁴CO), который химически разрушается гидроксилом и, следовательно, отслеживает его концентрации. Газ извлекается из пузырьков воздуха во льду, которые образуются при сжатии снега.

Один образец требовал около 400–500 кг льда (вес рояля), чтобы получить достаточно молекул ¹⁴CO. В полевом лагере команда превращала 500 кг льда в один 50-литровый баллон с воздухом с помощью вакуумной камеры объемом 335 литров, специально спроектированной для этой цели.