Image
""

I dette NASA-flyer er vinduer slått ut for å gjøre plass til rør som suger luft inn i et massespektrometer. Foto: NASA

Nå kan forskere se fra rommet hvor godt lufta er i stand til å rense seg selv

Takket være avansert teknologi – og ved å slå ut et flyvindu – kan satellitter nå følge med på den livsviktige kjemien i atmosfæren.

Oppe i atmosfæren foregår det hele tiden massevis av kjemiske reaksjoner. Noen av disse er vi helt avhengige av. Uten dem ville jorda vært ubeboelig.

– Natur og mennesker avgir mange organiske molekyler. Vi må bli kvitt dem på en eller annen måte. Hvis de bare hadde samlet seg i atmosfæren, ville vi alle vært døde nå, sier professor Armin Wisthaler ved Kjemisk institutt på Universitetet i Oslo.

Et av de viktigste bidragene til denne opprenskingen i atmosfæren kommer fra det som kalles OH-radikaler. OH fordi de består av oksygen og hydrogen, og de kalles radikaler fordi elektronene er fordelt på en måte som gjør at de reagerer veldig lett med andre stoffer.

De kan for eksempel reagere med metan, en av de verste klimagassene, og dermed fjerne det fra atmosfæren.

– Hvis vi reduserer den globale OH-konsentrasjonen, vil metan leve lenger i atmosfæren. Hvis vi har mer OH, vil metan leve kortere, og det er bra i et klimaperspektiv, sier Wisthaler til Titan.uio.no.

Det er derfor det er viktig å vite hvor mye OH-radikaler det er i atmosfæren. Wisthaler, som kaller seg atmosfærekjemiker, har vært med på et eksperiment som gjør at dette kan måles via satellitter som kretser rundt jorda.

Isopren er en viktig aktør

Da må vi først ta veien innom et annet molekyl som disse OH-radikalene reagerer lett med. Det kalles isopren (C5H8) og består av fem karbonatomer og åtte hydrogenatomer.

– Det som er spesielt med isopren for en atmosfærisk kjemiker, er at den har to dobbeltbindinger som gjør det til et veldig, veldig reaktivt molekyl, sier Wisthaler.

– Isopren er et av de mest reaktive molekylene i atmosfæren. De lever kanskje i bare en time og er en av hovedaktørene atmosfærisk kjemi på kort sikt.

Slik spiller isopren en avgjørende rolle for hvor mye OH-radikaler det er i atmosfæren. Og dermed påvirker isopren den atmosfæriske levetiden til andre organiske gasser, som for eksempel metan.

Eik og popler er hovedsynderne

Det er naturen selv som lager isopren.

– I første rekke kommer det fra trær, for det meste eik og popler, sier Wisthaler.

Hvorfor trærne gjør dette har forskningen foreløpig ikke noe sikkert svar på. Wisthaler forteller at biologenes hovedhypotese er at produksjon av isopren kan beskytte bladene mot plutselig oppvarming. Dette kan skade bladene, men ved å lage isopren kvitter de seg med litt energi.

""
Professor Armin Wisthaler med et isopren-produserende eiketre i bakgrunnen. Til venstre en modell av isopren-molekylet. Foto: Eivind Torgersen/UiO

Det er også usikkerhet om akkurat hvor mye isopren som slippes fri, men sannsynlig mellom 200 og 1000 millioner tonn pr. år. Isopren er ikke farlig å puste inn. Faktisk puster vi også ut isopren i små mengder.

Men når isopren reagerer med andre stoffer, kan det dannes skadelig luftforurensning.

– Når isopren brytes ned i atmosfæren, bidrar det til at det dannes ozon, sier Wisthaler.

Ozon er jo noe vi vil ha mest mulig av langt der oppe i det beskyttende ozonlaget, men her nede ved jordoverflaten er historien en annen.

– På bakkenivå er ozon skadelig. Både for mennesker å inhalere og for planter, sier Wisthaler.

Isopren bidrar også til at det dannes partikler i lufta som kan være skadelige både for helsa vår og for klimaet.

Slo ut vindu i fly

Det er derfor Wisthaler har bistått amerikanske forskere under eksperimenter i det sørøstlige USA, der de har problemer med dårlig luftkvalitet og høye ozonnivåer.

Forskere fra University of Minnesota bruker satellitter til å overvåke kjemien i atmosfæren. Men for å forsikre seg om at de kan stole på det satellittene ser, må de kombinere dette med faktiske målinger av hva som er til stede i lufta.

– Vårt bidrag er at vi har utviklet et nytt massespektrometer som kan måle hydrokarboner, blant dem isopren, veldig, veldig raskt. Vi kan måle på ti punkter hvert eneste sekund, sier Wisthaler.

Og så fort må det foregå siden målingene skjer i et av NASAs forskningsfly, som beveger seg 100–200 meter i sekundet. For å få til dette, har de slått ut et av vinduene i flyet og erstattet det med en metallplate med et hull i.

– Vi stikker et rør ut av vinduet og suger luft inn i flyet og videre inn i massespektrometeret. Det er et veldig sofistikert rør, sier Wisthaler.

""
Slik ser det ut nedenfra når røret stikker ut av flyet. Foto: NASA

Blant annet kan det bli veldig kaldt der oppe, og røret må varmes opp så ikke alt fryser fast i røret før de får målt noe som helst. På vei inn i spektrometeret som er plassert inne i flyet, får de organiske molekylene en elektrisk ladning slik at det er mulig å måle dem.

– Du kan ikke analysere nøytrale forbindelser. Du må lade dem, sier Wisthaler.

– Vi kan også måle vekten veldig nøyaktig. Fra vekten kan vi bestemme den atomære sammensetningen. Hvis vi finner store mengder molekyler med fem karbonatomer og åtte hydrogenatomer over en skog, da vet vi at det er isopren.

Fra lokal til global overvåkning

Målet med disse eksperimentene lokalt i USA er å forstå kjemien i atmosfæren på en global skala. Ved hjelp av disse flymålingene har de kunnet bekrefte og forbedre modellene de bruker for å tolke data fra satellittene.

– Ambisjonen er å ha satellitter i luften som kan gjøre global overvåking av innholdet i atmosfæren, sier Wisthaler.

– Dette er veldig viktig fordi vi vil vite mer om atmosfærens selvrensende evne. Nå vet vi ikke dette på global skala.

De har allerede oppdaget isoprenkilder som ikke var kjent tidligere.

– Kollegaene våre fant en isopren-hotspot i Afrika som ikke var kjent fra før. Uten denne nye teknologien må vi dra dit og måle.

Det er ikke nødvendigvis noe forskerne kan gjøre hvis de ser store konsentrasjoner av isopren. Hensikten er først og fremst å forstå hvordan verden henger sammen

– Atmosfærisk kjemi er en del av det globale systemet, og vi ønsker å forstå det på en global skala, sier Wisthaler.

Vitenskapelig artikkel:

Kelley C. Wells, Armin Wisthaler mfl: Satellite isoprene retrievals constrain emissions and atmospheric oxidation, Nature, september 2020

Kontakt:

Armin Wisthaler, professor ved Kjemisk institutt

Les mer på Titan.uio.no:

Vulkanutslipp kan gi endringer i atmosfæren i mange år

Skyer med is bremser oppvarmingen – men hva skjer når all isen har smeltet?

Kvinner kan være mer sårbare enn menn for luftforurensning