Новое измерительное устройство: Углекислый газ в качестве геотермометра

Впервые стало возможным одновременно и с предельной точностью измерять четыре редкие молекулярные разновидности диоксида углерода (CO₂) с помощью нового лазерного прибора. Это позволяет измерять температуру во время формирования связывающих CO₂ карбонатов и углеродистых окаменелостей полностью независимо от других параметров. Как новый тип геотермометра, устройство на основе лазерной спектроскопии значимо для научных дисциплин, исследующих, например, климатические условия в истории Земли. Оно было разработано германо-французской исследовательской группой при существенном вкладе физиков-экологов Гейдельбергского университета.

Анализ изотопного распределения CO₂ используется, в том числе, для карбонатов, в которых CO₂ минерализован. Новый подход предполагает изучение изотопного распределения между разными вариантами одной и той же молекулы, особенно редкими молекулярными разновидностями (изотопологами). В термодинамическом равновесии их распределение зависит исключительно от температуры и не подвержено влиянию других параметров. «Этот метод доказал свою состоятельность как особенно надежный и уникальный физический термометр в геофизике и климатических исследованиях», — отмечает доктор Тобиас Клуге.

Для количественного определения редких вариантов CO₂ с высочайшей точностью — лучше, чем 1 к 20 000 — команда впервые использовала инфракрасный лазер, что доктор Клуге характеризует как фундаментальный технический прорыв. В пилотном исследовании различных гидротермальных систем Верхнерейнского грабена ученые с помощью нового прибора определили на основе CO₂ температуры, в целом соответствующие температурам местных грунтовых вод. «Измеренные температуры также совпали с результатами одновременных масс-спектрометрических анализов», — поясняет первый автор работы Иван Прохоров.

По словам доктора Кристофа Янссена из Национального центра научных исследований (CNRS) в Париже, это технологическое достижение вскоре может превзойти точность масс-спектрометрии и drastically сократить время измерений. Одним из ключевых преимуществ лазерного прибора является прямой доступ к температурной переменной. Просто сравнивая частоту встречаемости исследуемых молекулярных вариантов, можно однозначно определить температуру CO₂, тогда как масс-спектрометрия всегда требует калибровок. «Мы уже смотрим в будущее и работаем над способами измерения еще более редких и пока недоступных изотопных вариантов, что позволит количественно измерять еще более сложные биогеохимические процессы», — добавляет исследователь из Гейдельберга.