北極甲烷:是怎麼回事?

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。

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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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Michelle Cain is a postdoctoral researcher at the Centre for Atmospheric Science in the Department of Chemistry at the University of Cambridge, UK, and a Natural Environment Research Council policy placement fellow at the Department for Environment, Food and Rural Affairs, UK. She completed her doctorate at the Department of Meteorology at the University of Reading, where she used both computer models and measurement data to study the transport of pollutants in the atmosphere. She is currently using these techniques to study pollutants in the atmosphere globally, including methane emissions in the Arctic. Posts will come from both Michelle and her colleagues working on the Arctic field work.

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