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北極。當你聽到這些詞時,腦海中會浮現什麼?北極熊、冰山、冰凍的溫度?如今,你可能還會想到不斷減少的海冰,以及西北航道開通的可能性。事實上,北極的升溫速度是全球平均速度的兩倍,所以你現在可能會把北極與“變暖”以及“冰凍”聯絡起來。
北極升溫速度快於其他地區的一個原因是“正反饋”,即任何升溫都會加劇升溫。例如,較溫暖的夏季意味著更多的海冰融化。海冰是白色的,將陽光反射回太空,而裸露的海水是黑色的,這意味著它會吸收更多的陽光,變得更加溫暖。另一個正反饋來自溫室氣體甲烷。溼地釋放的甲烷量會隨著溫度升高而增加。由於甲烷是一種溫室氣體,更多的甲烷會導致更多的升溫,從而導致釋放更多的甲烷。小的變化可能會被這些正反饋放大,因此嘗試量化——甚至可能預測——它們就顯得尤為重要。
我們正在MAMM專案(代表北極甲烷 - 測量與建模)中試圖理解的正是甲烷排放。北極是一個相對未被探索的荒野,因為它地域廣闊,而且大部分地區難以到達。有一些站點在持續測量北極空氣中的甲烷,但是數量遠遠不夠,無法很好地瞭解情況。
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今年夏天,我們將前往北極,試圖收集足夠的資料,以便更好地瞭解有多少甲烷被釋放出來,以及最終的去向。在地面上,我們將有一支勇敢的科學家團隊在溼地中(至少在面對巨蚊時是勇敢的),測量不同型別的溼地植被釋放的甲烷量,基本上是透過在一個地塊上放置一個容器,然後測量容器中捕獲的甲烷量。溼地甲烷來自土壤中的微生物,它們將其作為新陳代謝的副產品產生。
然後是公路旅行,我們當中一些更喜歡冒險的人將開車在歐洲北極的偏遠地區行駛,沿途收集空氣樣本。當然,這些不僅僅是你在超市裡買的那種塑膠袋——它們是密封的,並且塗有不粘、無反應的材料(就像你家裡的煎鍋),因此空氣可以保持原樣,並被帶回實驗室進行分析。
我們將分析的其中一件事是甲烷中的同位素特徵,這有點像採集空氣樣本的指紋。不同的甲烷來源(CH4)具有不同的碳-13同位素(具有7箇中子而不是更常見的6箇中子的碳)比例,因此透過測量樣品中碳-13的含量,你可以判斷它是來自溼地等生物來源,還是來自化石燃料等其他來源。
例如,我們家中燃燒的天然氣與溼地甲烷相比,具有更高的碳-13比例。這是一種極其強大的方法,可以瞭解你所測量的甲烷的來源,因此我們將能夠判斷我們測量的任何甲烷是否來自溼地、氣田或其他來源。
溼地測量將詳細觀察區域性甲烷,然後公路旅行將在整個區域進行取樣,最後我們將乘坐英國的大氣研究飛機(ARA)在更廣闊的北極地區進行測量。這架由空中大氣測量設施(FAAM)運營的改裝噴氣式飛機,大部分乘客座椅都被大型儀器取代,用於測量大氣。有一個名為量子級聯雷射器的令人興奮的儀器,它測量從外部吸入儀器中的空氣中的甲烷。其他儀器測量飛機下方一定距離的甲烷(“遙感”),或從樣品中測量。飛機上的這些儀器將幫助我們瞭解更大的情況,嘗試擴大詳細的區域性測量,並瞭解北極對全球甲烷的影響。我們將使用計算機模型以及測量結果來幫助我們做到這一點。
ARA將從瑞典北部基律納機場起飛和降落,因此MAMM團隊的大部分成員將於2013年8月和9月在那裡工作。該團隊由以下人員組成:負責維護和校準機載儀器的儀器科學家;執行飛機的團隊,包括飛行員、工程師和機組人員(科學家需要咖啡因和暈機藥才能正常工作,尤其是在有點顛簸的時候!);以及任務科學家,他們協調飛行地點以獲得最佳資料,並確保整個過程順利進行。無論是天氣不佳、暈機,還是在不恰當的時候損壞了一些必要的裝置,通常總有一些事情讓我們忙碌!儘管我們希望進行超精確和準確的測量,但我們仍然必須進入現實世界才能獲得資料,而且我們都知道現實世界有多麼混亂!但是處理這些問題是工作的一部分,也是樂趣的一部分。
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