La fuoriuscita di anidride carbonica dal geyser di Andernach. Credito:I. Prokhorov.
Per la prima volta, è ora possibile misurare, contemporaneamente e con estrema precisione, quattro rare varianti molecolari dell'anidride carbonica (CO 2 ) utilizzando un nuovo strumento laser. È così in grado di misurare la temperatura durante la formazione di CO 2 -legare carbonati e fossili carboniosi in modo del tutto indipendente da altri parametri. Come un nuovo tipo di geotermometro, il dispositivo di misurazione basato sulla spettroscopia laser è significativo per le discipline scientifiche che studiano, Per esempio, condizioni climatiche nella storia della Terra. È stato sviluppato da un gruppo di ricerca franco-tedesco, con contributi sostanziali da fisici ambientali presso l'Università di Heidelberg.
La scienza sta studiando la distribuzione dei mattoni atomici di anidride carbonica per sviluppare una migliore comprensione dei principali cicli geochimici e biogeochimici, nonché dei processi climatici sul nostro pianeta. La conoscenza delle fasi fredde glaciali e calde interglaciali nella storia della Terra si basa in gran parte su questa metodologia. L'analisi della distribuzione isotopica dell'anidride carbonica viene utilizzata anche per i carbonati in cui CO 2 è mineralizzato. Un nuovo approccio prevede l'esame della distribuzione isotopica tra diverse varianti della stessa molecola, varianti molecolari particolarmente rare.
Solo negli ultimi anni è diventato possibile misurare la composizione atomica della CO 2 e carbonato mediante spettroscopia di massa ad alta precisione, tale che la temperatura di formazione del carbonato può essere dedotta direttamente dall'abbondanza relativa alla quale si verificano più varianti di una molecola. In equilibrio termodinamico, la distribuzione degli isotopi tra le diverse varianti dipende esclusivamente dalla temperatura e non è influenzata da altri parametri. "Questo metodo ha quindi dimostrato di essere un termometro fisico particolarmente robusto e unico nella ricerca geofisica e climatica, " afferma il dottor Tobias Kluge, che studia la fisica degli isotopologhi presso l'Istituto di Fisica Ambientale dell'Università di Heidelberg.
Per quantificare la rara CO 2 varianti con la massima precisione, maggiore di 1 su 20, 000:il team franco-tedesco ha utilizzato per la prima volta un laser a infrarossi, che il Dr. Kluge caratterizza come una svolta tecnica fondamentale. In uno studio pilota di diversi sistemi idrotermali della Fossa dell'Alto Reno, gli scienziati hanno usato il loro nuovo strumento laser per determinare, a base di CO 2 , temperature generalmente corrispondenti a quelle della falda locale. "Le temperature misurate erano anche coerenti con i risultati delle analisi spettrometriche di massa simultanee, " spiega l'autore principale dello studio Ivan Prokhorov, che ha conseguito il dottorato presso la Graduate School of Fundamental Physics di Heidelberg a Ruperto Carola ed è ora presso il National Metrology Institute of Germany (PTB) a Braunschweig.
Secondo il dott. Christof Janssen del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS) di Parigi, questo progresso tecnologico potrebbe presto superare la precisione della spettrometria di massa e ridurre drasticamente i tempi di misurazione. Dovrebbe anche supportare le misurazioni sul campo in futuro. Un particolare vantaggio dello strumento laser è il suo accesso diretto alla variabile di temperatura, spiega il dottor Kluge. Semplicemente confrontando la frequenza con cui si verificano le varianti molecolari studiate, la temperatura della CO 2 può essere determinato in modo inequivocabile, mentre la spettrometria di massa richiede sempre calibrazioni e misurazioni standard regolari. "Stiamo già guardando al futuro e stiamo lavorando allo sviluppo di modi per misurare varianti isotopiche ancora più rare e finora inaccessibili, consentendo la misurazione quantitativa di processi biogeochimici ancora più complessi, " aggiunge il ricercatore di Heidelberg.
