Blikseminslagen breken stikstof- en zuurstofmoleculen in de atmosfeer af en creëren reactieve chemicaliën die broeikasgassen beïnvloeden. Nutsvoorzieningen, een team van atmosferische chemici en bliksemwetenschappers hebben ontdekt dat bliksemschichten en, verrassend genoeg, onzichtbare ontladingen die niet kunnen worden gezien door camera's of het blote oog produceren extreme hoeveelheden van de hydroxylradicaal-OH-en hydroperoxylradicaal-HO ₂ .

Het hydroxylradicaal is belangrijk in de atmosfeer omdat het chemische reacties initieert en moleculen zoals het broeikasgas methaan afbreekt. OH is de belangrijkste aanjager van veel samenstellingsveranderingen in de atmosfeer.

"In eerste instantie we keken naar deze enorme OH en HO ₂ signalen gevonden in de wolken en vroeg, wat is er mis met ons instrument?" zei William H. Brune, vooraanstaand hoogleraar meteorologie aan Penn State. "We gingen ervan uit dat er ruis in het instrument zat, dus hebben we de enorme signalen uit de dataset verwijderd en opgeborgen voor later onderzoek."

De gegevens waren afkomstig van een instrument op een vliegtuig dat in 2012 boven Colorado en Oklahoma werd gevlogen, kijkend naar de chemische veranderingen die onweer en bliksem in de atmosfeer aanbrengen.

Maar een paar jaar geleden, Brune nam de gegevens van de plank, zag dat de signalen echt hydroxyl en hydroperoxyl waren, en werkte vervolgens samen met een afgestudeerde student en onderzoeksmedewerker om te zien of deze signalen konden worden geproduceerd door vonken en zichtbare ontladingen in het laboratorium. Daarna deden ze een heranalyse van de donder- en bliksemdataset.

"Met de hulp van een geweldige stagiaire, " zei Bruno, "We waren in staat om de enorme signalen die ons instrument door de onweerswolken zag vliegen te koppelen aan de bliksemmetingen die vanaf de grond werden gedaan."

De onderzoekers rapporteren hun resultaten vandaag (29 april) online in Wetenschap Eerste uitgave en de Journal of Geophysical Research - Atmosferen .

Brune merkt op dat vliegtuigen niet door de snel stijgende kernen van onweersbuien vliegen omdat het gevaarlijk is, maar kan het aambeeld proeven, het bovenste deel van de wolk dat zich naar buiten verspreidt in de richting van de wind. Zichtbare bliksem vindt plaats in het deel van het aambeeld nabij de kern van de onweersbui.

"Door de geschiedenis mensen waren alleen geïnteresseerd in bliksemschichten vanwege wat ze op de grond konden doen, "zei Brune. "Nu is er steeds meer belangstelling voor de zwakkere elektrische ontladingen in onweersbuien die tot bliksemschichten leiden."

De meeste bliksem slaat nooit op de grond, en de bliksem die in de wolken blijft, is vooral belangrijk voor het aantasten van ozon, en belangrijk broeikasgas, in de bovenste atmosfeer. Het was bekend dat bliksem water kan splitsen om hydroxyl en hydroperoxyl te vormen, maar dit proces was nog nooit eerder waargenomen bij onweersbuien.

Wat het team van Brune aanvankelijk in de war bracht, was dat hun instrument hoge niveaus van hydroxyl en hydroperoxyl registreerde in gebieden van de wolk waar geen bliksem zichtbaar was vanuit het vliegtuig of de grond. Experimenten in het lab toonden aan dat zwakke elektrische stroom, veel minder energiek dan die van zichtbare bliksem, zou dezelfde componenten kunnen produceren.

Terwijl de onderzoekers hydroxyl en hydroperoxyl vonden in gebieden met zichtbare bliksem, ze vonden weinig bewijs van ozon en geen bewijs van stikstofmonoxide, waarvoor zichtbare bliksem nodig is om zich te vormen. Als er regelmatig sprake is van onzichtbare bliksem, dan moeten de hydroxyl en hydroperoxyl die deze elektrische gebeurtenissen creëren, worden opgenomen in atmosferische modellen. Momenteel, zij zijn niet.

Volgens de onderzoekers is "Door bliksem gegenereerde OH (hydroxyl) in alle stormen die wereldwijd plaatsvinden, kan verantwoordelijk zijn voor een zeer onzekere maar substantiële 2% tot 16% van de wereldwijde atmosferische OH-oxidatie."

"Deze resultaten zijn zeer onzeker, deels omdat we niet weten hoe deze metingen van toepassing zijn op de rest van de wereld, ' zei Brune. 'We vlogen alleen over Colorado en Oklahoma. De meeste onweersbuien zijn in de tropen. De hele structuur van hoogvlaktestormen is anders dan die in de tropen. Het is duidelijk dat we meer vliegtuigmetingen nodig hebben om deze onzekerheid te verminderen."