I ricercatori hanno dimostrato che un nuovo spettrometro nel medio infrarosso può misurare con precisione i rapporti di diverse forme di acqua, note come isotopologhi, nel vapore acqueo atmosferico attraverso l'aria aperta in poco più di 15 minuti. I rapporti isotopologi, che possono essere influenzati dall'evaporazione dell'acqua terrestre e dalla traspirazione delle piante, vengono utilizzati per sviluppare modelli di cambiamento climatico e per capire come l'acqua viene trasportata nell'atmosfera a livello globale.

"Il rilevamento a percorso aperto mediante pettini a doppia frequenza può rendere il rilevamento isotologico del vapore acqueo atmosferico più semplice e facile da applicare in ambienti remoti. Una rete più ampia di misurazioni isotopologiche contribuirà a migliorare la modellazione meteorologica numerica. I percorsi dei fasci lunghi ottenibili utilizzando la tecnica del doppio pettine consentirà studi risolti spazialmente sul trasporto del vapore acqueo sugli ecosistemi naturali e su quelli creati dall'uomo (ad es. fattorie)", ha spiegato il ricercatore Daniel Herman, National Institute of Standards and Technology (NIST). "Le future misurazioni della colonna verticale utilizzando i pettini potrebbero anche migliorare le procedure di calibrazione per la misurazione isotologica utilizzando i satelliti. Inoltre, il rilevamento del vapore acqueo con i doppi pettini può anche integrare altre applicazioni emergenti sulla qualità dell'aria della spettroscopia nel medio infrarosso a banda larga."

Daniel Herman del NIST presenterà le nuove scoperte all'Optica Imaging and Applied Optics Congress, 11-15 luglio 2022. Il discorso di Herman è previsto per l'11 luglio 2022, alle 11:45 PDT.

Oggi, gli scienziati si affidano a reti di sensori puntuali per analizzare gli isotopologie nel vapore acqueo atmosferico. Sebbene queste reti siano in espansione, richiedono un'attenta calibrazione per mantenere l'accuratezza nel tempo e tra i siti. Il rilevamento del vapore acqueo in un percorso all'aperto può eliminare la necessità di calibrazione e facilitare la cattura dell'evaporazione su larga scala sopra i serbatoi o su interi bacini idrografici.

Tuttavia, il rilevamento accurato di più isotopologie del vapore acqueo nell'aria richiede uno spettrometro nel medio infrarosso con un'elevata risoluzione spettrale, un'elevata precisione e velocità di misurazione elevate. A tal fine, Herman e colleghi hanno sviluppato un nuovo spettrometro a doppio pettine (DCS) nel medio infrarosso a percorso aperto che utilizza impulsi laser a femtosecondi nel vicino infrarosso e guide d'onda appositamente progettate per creare impulsi nel medio infrarosso a banda larga in un pacchetto compatto.

I ricercatori hanno testato il nuovo strumento utilizzandolo per effettuare misurazioni su un percorso di 760 metri presso il Platteville Atmospheric Observatory in Colorado. Hanno scoperto che lo strumento potrebbe funzionare sul campo per settimane senza richiedere un intervento. Ciò ha consentito loro di acquisire diversi mesi di dati durante una varietà di condizioni meteorologiche e temperature.

Le misurazioni ottenute utilizzando la DCS si correlano bene con quelle acquisite utilizzando una rete di sensori puntiformi, mostrando il potenziale della DCS a percorso aperto nella caratterizzazione del vapore acqueo atmosferico.

Herman adds that "in order to expand isotopologue measurement networks, we are working to improve the accuracy of our technique by analyzing systematics in the detection setup. The sensitivity of the technique can be improved by using higher power combs to enable longer paths. Also, balanced detection technology will be implemented in the future to decrease technical noise." + Esplora ulteriormente

Single laser produces high-power dual comb femtosecond pulses