Una svolta tecnica è stata ottenuta nella determinazione della fonte di campioni di carbonio molto piccoli presso l'Accelerator Laboratory e il Laboratorio di Cronologia dell'Università di Helsinki. Il lavoro di sviluppo è essenziale nella ricerca sul clima in quanto facilita l'individuazione dell'origine delle particelle di carbonio nero.

Il rapporto tra biomassa moderna e materiale fossile presente in qualsiasi campione contenente carbonio può essere determinato mediante datazione al radiocarbonio con un acceleratore di particelle. La quantità di isotopo radioattivo del carbonio ( ¹⁴ C, radiocarbonio) si dimezza ogni 6, 000 anni, rendendo il materiale fossile completamente privo di esso.

Negli ultimi anni, il metodo basato sull'emivita del radiocarbonio è stato utilizzato soprattutto in Finlandia per determinare la proporzione di biomassa nei combustibili, a sostegno della bioeconomia. Tipicamente, gli acceleratori di particelle richiedono un milligrammo di carbonio solido per quantificare le quantità molto piccole di radiocarbonio contenute nei campioni.

"Il rapporto tra radiocarbonio e carbonio è un milionesimo di milionesimo. Non stiamo cercando un ago nel pagliaio, ma per la punta dell'ago in tutta la fattoria, " illustra Markku Oinonen, direttore del Laboratorio di Cronologia.

Mezzo cristallo di sale sufficiente per un campione

Un progetto che indaga sull'origine del black carbon, cioè particelle di fuliggine che riscaldano il clima, è riuscita a determinare le concentrazioni di radiocarbonio in campioni fino a cento volte più piccoli, solo 10-20 microgrammi di peso. I risultati della datazione al radiocarbonio dei piccoli campioni corrispondono bene ai risultati ottenuti da campioni di carbonio solido. Questo progresso tecnologico è estremamente prezioso a causa di una tendenza generale della ricerca verso campioni sempre più piccoli.

"Il metodo si basa su una sorgente di ioni ibrida che utilizza campioni gassosi e un sistema di alimentazione di anidride carbonica, " spiega Kenichiro Mizohata, un ricercatore presso l'Accelerator Laboratory.

Le particelle di fuliggine raccolte dall'ambiente vengono purificate chimicamente e bruciate in anidride carbonica. L'anidride carbonica recuperata viene quindi inviata alla sorgente ionica per la datazione al radiocarbonio. In precedenza, era necessario un pezzo di carbonio solido per la datazione al radiocarbonio ma ora la quantificazione del radiocarbonio può essere eseguita direttamente sull'anidride carbonica, riducendo significativamente la quantità di carbonio necessaria.

"I campioni di fuliggine analizzati nello studio hanno le dimensioni di mezzo cristallo di sale o un decimo di un seme di papavero, in altre parole così piccoli che il metodo di determinazione tradizionale potrebbe non aver funzionato su di essi senza il lavoro di sviluppo sulla sorgente di ioni gas, " ragioni Antto Pesonen, coordinatore della qualità presso il Laboratorio di Cronologia.

Il carbonio nero scioglie il ghiaccio glaciale

Il black carbon assorbe efficacemente la luce solare e quindi accelera lo scioglimento dei ghiacciai. La fuliggine è di attualità nelle discussioni politiche internazionali, e l'Università di Helsinki è un pioniere nello studio di questo problema globale.

"Contrariamente alla comprensione precedente, abbiamo scoperto che la deposizione di carbonio nero è aumentata nelle regioni artiche dell'Europa e della Russia occidentale negli ultimi decenni. Il carbonio nero sembra contribuire all'aumentato scioglimento dei ghiacciai delle Svalbard, " spiega Meri Ruppel, ricercatore presso l'Università di Helsinki.

Il progetto di ricerca in corso indaga le fonti del black carbon artico, compresa l'industria, famiglie, traffico e incendi boschivi. Particolare attenzione è rivolta alle emissioni di flaring dell'industria petrolifera e del gas russa.

La datazione al radiocarbonio del nerofumo è stata condotta come collaborazione multidisciplinare tra il Laboratorio di Cronologia e il Laboratorio dell'Acceleratore.