Azoto, le molecole di ossigeno e vapore acqueo vengono spezzate da fulmini e scariche elettriche più deboli associate, generando i gas reattivi NO, oh 3 , HO 2 , e il purificatore dell'atmosfera, OH. Credito:Jena Jenkins, Penn State
I fulmini rompono le molecole di azoto e ossigeno nell'atmosfera e creano sostanze chimiche reattive che influiscono sui gas serra. Ora, un team di chimici atmosferici e scienziati dei fulmini ha scoperto che i fulmini e, sorprendentemente, scariche subvisibili che non possono essere viste dalle telecamere o ad occhio nudo producono quantità estreme del radicale idrossile-OH-e radicale idroperossile-HO 2 .
Il radicale idrossile è importante nell'atmosfera perché avvia reazioni chimiche e scompone molecole come il metano, gas serra. OH è il principale motore di molti cambiamenti compositivi nell'atmosfera.
"Inizialmente, abbiamo guardato questi enormi OH e HO 2 segnali trovati nelle nuvole e chiesto, cosa c'è che non va nel nostro strumento?" disse William H. Brune, illustre professore di meteorologia alla Penn State. "Pensavamo che ci fosse rumore nello strumento, quindi abbiamo rimosso gli enormi segnali dal set di dati e li abbiamo accantonati per studi successivi".
I dati provenivano da uno strumento su un aereo che sorvolava il Colorado e l'Oklahoma nel 2012 e osservavano i cambiamenti chimici che temporali e fulmini apportano all'atmosfera.
Ma qualche anno fa, Brune ha preso i dati dallo scaffale, visto che i segnali erano in realtà idrossile e idroperossile, e poi ha lavorato con uno studente laureato e un ricercatore associato per vedere se questi segnali potevano essere prodotti da scintille e scariche subvisibili in laboratorio. Quindi hanno fatto una nuova analisi del set di dati di temporali e fulmini.
"Con l'aiuto di un grande stagista universitario, " disse Brunetta, "siamo stati in grado di collegare gli enormi segnali visti dal nostro strumento che volano attraverso le nuvole temporalesche alle misurazioni dei fulmini effettuate da terra".
I ricercatori riportano i loro risultati online oggi (29 aprile) in Scienza Prima uscita e il Journal of Geophysical Research—Atmospheres .
Brune osserva che gli aeroplani evitano di volare attraverso i nuclei dei temporali in rapida crescita perché è pericoloso, ma può campionare l'incudine, la parte superiore della nuvola che si estende verso l'esterno nella direzione del vento. Un fulmine visibile si verifica nella parte dell'incudine vicino al nucleo del temporale.
"Attraverso la storia, le persone erano interessate ai fulmini solo per quello che potevano fare a terra, " ha detto Brune. "Ora c'è un crescente interesse per le scariche elettriche più deboli nei temporali che portano ai fulmini".
La maggior parte dei fulmini non colpisce mai il suolo, e il fulmine che rimane tra le nuvole è particolarmente importante per influenzare l'ozono, e importanti gas serra, nell'alta atmosfera. Era noto che i fulmini possono scindere l'acqua per formare idrossile e idroperossile, ma questo processo non era mai stato osservato prima nei temporali.
Ciò che inizialmente confuse la squadra di Brune era che il loro strumento registrava alti livelli di idrossile e idroperossile nelle aree della nuvola dove non c'erano fulmini visibili dall'aereo o dal suolo. Gli esperimenti in laboratorio hanno mostrato che una debole corrente elettrica, molto meno energico di quello dei fulmini visibili, potrebbe produrre questi stessi componenti.
Mentre i ricercatori hanno trovato idrossile e idroperossile in aree con fulmini subvisibili, hanno trovato poche prove di ozono e nessuna prova di ossido nitrico, che richiede la formazione di un fulmine visibile. Se un fulmine subvisibile si verifica regolarmente, quindi l'idrossile e l'idroperossile che questi eventi elettrici creano devono essere inclusi nei modelli atmosferici. Attualmente, non sono.
Secondo i ricercatori, "L'OH (idrossile) generato dai fulmini in tutte le tempeste che si verificano a livello globale può essere responsabile di un'ossidazione di OH atmosferica globale dal 2% al 16% altamente incerta ma sostanziale".
"Questi risultati sono molto incerti, in parte perché non sappiamo come queste misurazioni si applichino al resto del globo, " ha detto Brune. "Abbiamo sorvolato solo il Colorado e l'Oklahoma. La maggior parte dei temporali avviene ai tropici. L'intera struttura delle tempeste di alta pianura è diversa da quelle dei tropici. Chiaramente abbiamo bisogno di più misurazioni sui velivoli per ridurre questa incertezza".
