Крошечные частицы глобального воздействия – радиоуглерод раскрывает происхождение черного углерода
В Лаборатории ускорителей и Лаборатории хронологии Хельсинкского университета достигнут технический прорыв в определении источника происхождения очень малых образцов углерода. Эта разработка крайне важна для климатических исследований, поскольку позволяет выяснить происхождение частиц черного углерода (сажи).
Соотношение современной биомассы и ископаемого материала в любом углеродсодержащем образце можно определить с помощью радиоуглеродного датирования на ускорителе частиц. Количество радиоактивного изотопа углерода (14C, радиоуглерод) уменьшается вдвое каждые 6000 лет, поэтому в ископаемом материале его нет.
В последние годы метод, основанный на периоде полураспада радиоуглерода, использовался в Финляндии для определения доли биомассы в топливе. Обычно ускорителям частиц требуется один миллиграмм твердого углерода для количественного определения крайне малых количеств радиоуглерода в образцах.
Половины кристалла соли достаточно для образца
Проект по исследованию происхождения черного углерода, то есть частиц сажи, способствующих потеплению климата, смог определить концентрации радиоуглерода в образцах, которые в сто раз меньше – весом всего 10–20 микрограмм. Результаты датирования крошечных образцов хорошо соответствуют результатам, полученным на образцах твердого углерода. Этот технологический прогресс чрезвычайно ценен из-за общей тенденции исследований к уменьшению размеров образцов.
Метод основан на гибридном ионном источнике, использующем газообразные образцы и систему подачи диоксида углерода. Частицы сажи, собранные в окружающей среде, химически очищаются и сжигаются до CO₂, который затем подается в ионный источник для радиоуглеродного анализа. Ранее требовался кусочек твердого углерода, но теперь анализ можно проводить непосредственно на CO₂, что значительно сокращает необходимое количество углерода.
«Проанализированные образцы сажи размером с половину кристалла соли или одну десятую макового зернышка – настолько малы, что традиционный метод определения, возможно, не сработал бы на них без разработки газового ионного источника», – отмечает Антто Песонен, координатор по качеству Лаборатории хронологии.
Черный углерод плавит ледники
Черный углерод эффективно поглощает солнечный свет и тем самым ускоряет таяние ледников. Сажа является актуальной темой международных политических дискуссий, а Хельсинкский университет – пионер в изучении этой глобальной проблемы.
«Вопреки прежним представлениям, мы обнаружили, что в последние десятилетия осаждение черного углерода увеличилось в арктических регионах Европы и западной России. Похоже, черный углерод способствует наблюдаемому усиленному таянию ледников Шпицбергена», – объясняет Мери Руппел, исследователь Хельсинкского университета.
В рамках проекта изучаются источники арктического черного углерода: промышленность, домашние хозяйства, транспорт и лесные пожары. Особое внимание уделяется факельным выбросам российской нефтегазовой отрасли. Радиоуглеродное датирование сажи было проведено в рамках междисциплинарного сотрудничества Лаборатории хронологии и Лаборатории ускорителей.