Naukowcy odsłonili tajemnicę dotyczącą nadtlenku wodoru. Odkrycie może prowadzić do znalezienia dokładniejszej drogi wykonywania pomiarów ilości gazów, które przyczyniają się do uszczuplania ziemskiej ochronnej sfery ozonowej.

Naukowcy od dawna wiedzą, że aktywne cząsteczki wodoru niszczą stratosferyczny ozon. Zbyt mała ilość ozonu może prowadzić do nieporządanych zmian klimatycznych i tego, że więcej promieniowania ultrafioletowego osiągnie powierzchnię Ziemi szkodząc żywym istotom, w tym ludziom.

Marzeniem naukowców zajmujących się ziemską atmosferą, jest sporządzenie globalnych map rozmieszczenia omawianych gazów, ponieważ pojawiło się wzmacniające się podejrzenie, że ich obfitość może wzrastać wraz ze wzrostem wilgotności stratosfery. Gazy te zawierające grupę wodorotlenową oraz grupę dwutlenku wodoru nie mogą być w łatwy sposób mierzone z przestrzeni kosmicznej. Ale produkt ich reakcji, nadtlenek wodoru, jest już łatwo wykrywalny.

Problemem jest jak na razie duża niezgodność, jaka powstała pomiędzy komputerowymi modelami wpływu nadtlenku wodoru na atmosferę oraz aktualnie dokonywanymi pomiarami atmosferycznymi. Rozbieżność sugeruje braki w naszym rozumieniu chemii.

Obecnie naukowcy z należącego do NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii, z California Institute of Technology w Pasadenie oraz z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge rozwiązali wiele niezgodności. Rezultaty mogą ostatecznie pozwolić na kontrolowanie skupisk aktywnych cząsteczek wodoru przez monitorowanie nadtlenku wodoru z przestrzeni kosmicznej lub z Ziemi.

„Próbujemy polepszyć nasze rozumienie atmosfery na tyle, by zdołać wymodelować dziurę ozonową i zmiany w klimacie w ogóle” – powiedział dr Stan Sander z JPL, jeden z autorów laboratoryjnego studium wykonanego przez JPL. – „Praca ta dostarcza narzędzia służącego lepszemu zrozumieniu tego, co się dzieje z klimatem„.

W badaniach opublikowanych 7 maja w czasopiśmie Geophysical Research Letters, naukowcy dowodzą, że poprzednie badania zawartości związków nadtlenku wodoru, bazujące na modelu używającym standardowych fotochemicznych parametrów, były niemal dwukrotnie zawyżone. Ich odkrycie w dużej mierze godzi poprzednie pomiary i obliczenia modelowe obecności nadtlenku wodoru w wyższych warstwach atmosfery.

Atmosferyczni chemicy długo pracowali nad znalezieniem odpowiedzi na pytanie, dlaczego model nie mógł prawidłowo przewidywać obecności skupisk nadtlenku wodoru, ale nie podejrzewali, że wskaźnik formowamia się nadtlenku wodoru, uważany za doskonale poznany, może byc błędny. Lance Christensen, absolwent chemii w Caltech pracujący w JPL i główny autor publikacji, wykazał, że niskie temperatury właściwe stratosferze, procesy inne niż zasadnicze reakcje, a zwłaszcza komplikacje spowodowane przez obecność metanolu w laboratoryjnych testach były powodem błędów we wcześniejszych badaniach.

Nowa informacja doprowadziła do zmiany kluczowych parametrów dostarczających danych wejściowych do fotochemicznego modelu używanego do określania zawartości nadtlenku wodoru poprzez pomiary z pokładów różnych obiektów latających, balonów i satelitów.

Kiedy badacze zastosowali nowe laboratoryjne wskaźniki dla związków nadtlenku wodoru w celu dokonania pomiarów nadtlenku wodoru z dwóch różnych „latających” instrumentów interferometrycznych umieszczonych na balonach latających jako część NASA’s Upper Atmospheric Research Program, zmierzone i przewidywane poziomy nadtlenku wodoru były zgodne.

Wysoki stopień zgodności pomiędzy pomiarami dokonanymi przez dwa instrumenty pozwala wierzyć, że wcześniejsza niezgodność nie była wynikiem błędu pomiarowego.

Dr Mitchio Okumura, stowarzyszony profesor chemii w Caltech i jeden z autorów pracy, powiedział, że podczas gdy nowy wskaźnik dla związków nadtlenku wodoru nie ma zauważalnego wpływu na wskaźniki ubytków stratosferycznego ozonu, odkrycie otwiera możliwość zdalnego określania ilości aktywnego wodoru.

„Gazy te naprawdę są kluczem do chemii stratosfery i gornej troposfery koniecznej do zrozumienia ubytków ozonu,” – powiedział. – „Pomiary nadtlenku wodoru prawdopodobnie dostarczą najlepszych środków do uzyskania globalnych map rozmieszczenia tych gazów w poszczególnych częściach atmosfery, gdyż bezpośrednie pomiary na wysokości nieco poniżej 20 kilometrów są nie lada wyzwaniem„.

Dr Ross Salawitch, atmosferyczny chemik z JPL i współautor studium, powiedział, że badania niosą ze sobą poważną przesłankę dla przyszłych studiów nad dziurą ozonową. „Większość obserwowanego zmniejszania się ilości ozonu w ciagu dwoch poprzednich dekad było spowodowane przez rozbudowę przemysłu produkującego chlorofluorokarbony” – powiedział. – „Wskutek ogólnoświatowego zakazu produkcji chlorofluorokarbonów, ziemskia atmosfera samooczyści się z tch gazów w ciągu najbliższych 50 do 100 lat. Ostatnimi czasy naukowcy zaczęli się bardziej przejmować tym, że zmiany w ziemskim klimacie mogą doprowadzić do zwiększenia poziomu wody w stratosferze. Może to spowodować dalsze zmniejszanie się warstwy ozonowej wskutek działalności aktywnego wodoru, który jest produktem pojawiającym sie wraz z wodą. Nasza praca umiejscawia ten problem, pozwalając naukowcom monitorowac ten proces w przyszłości.„

Poza Okumurą, Sanderem, Christensenem i Salawitchem, innymi autorami pracy są doktorzy Geoffrey Toon, Bhaswar Sen, i Jean-Francois Blavier z JPL, oraz dr K.W. Jucks z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Badania były finasowane jako część programu NASA nazwanego Earth Science Enterprise, długoterminowego wysiłku badawczego poświęconego zrozumieniu i chronieniu naszej rodzimej planety.