Oude luchtmonsters van een van de meest sneeuwzekere ijskernlocaties van Antarctica kunnen een nieuw molecuul toevoegen aan het record van veranderingen in de atmosfeer van de aarde in de afgelopen anderhalve eeuw, sinds de industriële revolutie op grote schaal fossiele brandstoffen begon te verbranden.

Hoewel koolstofdioxide en methaan algemeen bekend zijn, onderzoekers van de Universiteit van Washington en de Universiteit van Rochester maken deel uit van een team dat werkt aan het opsporen van een veel zeldzamer gas, aanwezig in minder dan één op een biljoen moleculen. Hoewel zeldzaam, het atmosferische detergens dat bekend staat als hydroxyl kan de atmosfeer schrobben en het lot bepalen van meer overvloedige gassen die het klimaat op aarde beïnvloeden.

Een Antarctische veldcampagne afgelopen winter onder leiding van de VS en Australië heeft met succes enkele van de grootste luchtmonsters uit de jaren 1870 tot vandaag gewonnen. Deze monsters zijn een eerste stap om de veranderingen in de hydroxylconcentratie in de afgelopen 150 jaar te leren kennen. De eerste resultaten van het veldwerk werden deze week gedeeld tijdens de jaarlijkse herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco.

"Het is waarschijnlijk de meest extreme atmosferische chemie die je kunt doen met ijskernmonsters, en de logistiek was ook extreem, " zei Peter Neff, een postdoctoraal onderzoeker met dubbele aanstelling aan de UW en aan de Universiteit van Rochester.

Maar de maanden die het team doorbracht op het ijs op de besneeuwde Law Dome-site wierpen hun vruchten af.

"Dit is, naar mijn weten, het grootste luchtmonster uit de jaren 1870 dat iemand ooit heeft gekregen, " zei Neff. Zijn 10 weken die hij op het ijs kampeerde, omvatte temperaturen van min-20 graden Fahrenheit en verschillende sneeuwstormen, waarvan sommige hij deelde vanuit Antarctica via Twitter.

Lucht uit diepere ijskernen geboord in Antarctica en Groenland heeft een record opgeleverd van koolstofdioxide en methaan, twee broeikasgassen, duizenden jaren teruggaan. Terwijl koolstofdioxide een levensduur heeft van tientallen tot eeuwen, een nog krachtiger gas, methaan, heeft een levensduur van slechts negen of tien jaar.

De exacte levensduur van methaan bepalen, en hoe het door de jaren heen is veranderd, hangt af van de hydroxylconcentratie. Dat aantal is belangrijk voor de wereldwijde klimaatmodellen die worden gebruikt om het klimaat in het verleden en de toekomst te bestuderen.

Om de geschiedenis van hydroxyl te traceren, een vluchtig molecuul met een levensduur van minder dan een miljoenste van een seconde, een veldcampagne eind 2018 en begin 2019 boorde ijs om dit zeer reactieve gas te bestuderen door zijn iets meer overvloedige metgezel te onderzoeken, koolstof met 14 neutronen gebonden aan een zuurstofatoom, of "koolstof-14-monoxide, " die chemisch wordt vernietigd door hydroxyl en zo de concentraties van hydroxyl volgt.

Onderzoekers halen het koolstof-14-monoxidegas uit bellen in het ijs die ontstaan ​​wanneer sneeuw wordt samengeperst.

"Het bijzondere van gletsjerijs is dat het altijd van die luchtbellen heeft, " zei Neff. "Elke gletsjer ter wereld zal die bruisende textuur hebben, omdat het begon als een stapel zesvingerige sneeuwvlokken, en tussen die vingers is lucht."

Een of meerdere decennia na het raken van de grond, bellen worden volledig afgesloten van hun omgeving door samendrukking onder lagen sneeuw. De hevige sneeuwophoping bij Law Dome zorgt voor veel luchtbellen per jaar, en biedt een schild dat dik genoeg is om het koolstof-14-monoxide te beschermen tegen zonnestraling.

Het internationale team haalde per dag ongeveer twee dozijn drie meter lange stukken ijs. plaats dan de buizen met ijs in een sneeuwgrot om ze te beschermen tegen kosmische straling die sterker is nabij de polen. Die stralen kunnen andere moleculen wegjagen en het historische record vervormen.

"Zodra de monsters aan de oppervlakte zijn, het zijn hete aardappelen, ' zei Neff.

De dag na het extraheren van een kern, het team zou het ijs schoonmaken en in een apparaat plaatsen van Neff en zijn postdoctorale supervisor Vasilii Petrenko van de Universiteit van Rochester:een vacuümkamer van 335 liter in een warm bad om het ijs te smelten en de monsters bij de bron te verwerken, om besmetting te voorkomen en de grootste luchtmonsters te verzamelen.

"Een enkele steekproefomvang was ongeveer 400 of 500 kilogram ijs, ongeveer hetzelfde gewicht als een vleugel, om genoeg te krijgen van dat koolstof-14-monoxidemolecuul, " zei Neff. "In het veldkamp hebben we 500 kilo ijs omgezet in een bus van 50 liter lucht."

Het team heeft 20 tonvormige luchtbussen uit verschillende tijdsperioden opgehaald.

Analyse in de komende maanden zal gericht zijn op het produceren van een concentratiecurve voor koolstof-14-monoxide en hydroxyl over de decennia, vergelijkbaar met de nu beroemde curven voor koolstofdioxide en methaan. De curven laten zien hoe de gasconcentraties in de atmosfeer zijn veranderd sinds het industriële tijdperk.

Gedurende de inspanning, Neff heeft ook meer luchtige combinaties van ijs en lucht onderzocht. Tijdens een reis begin 2016 ter voorbereiding op deze inspanning, Neff deed een onofficieel experiment dat viraal ging op sociale media toen hij het in februari 2018 plaatste. De video legt het geluid vast dat een stuk ijs maakt wanneer het door de tunnel valt die is gemaakt door een ijskernboor.

Hij deelde meer foto's en video's tijdens de expeditie van afgelopen winter naar Antarctica, soms binnen enkele uren na terugkeer van een afgelegen kamp naar een onderzoeksstation met internetverbinding.

"Het is geweldig om iets over Antarctica te kunnen delen, van Antartica, "Zei Neff. "Het is een manier waarop wij als geowetenschappers het werk dat zij helpen ondersteunen met mensen kunnen delen."