Naučnici ANSTO-a, dr Endrju Smit, dr Kuan Hua i dr Bin Jang dali su doprinos radu koji objašnjava kako se in situ kosmogeni radiougljenik (14 C) proizvodi, zadržava i gubi u gornjem sloju sabijenog snega („prvi sloj“) i plitki led ispod na mestu akumulacije leda na Grenlandu.
Nalazi koje je objavio veliki međunarodni tim na čelu sa Univerzitetom u Ročesteru (SAD) u Kriosferi imaju implikacije na sva merenja koja uključuju 14 C u ledenim pokrivačima.
„Lovac na atome“ dr Smit ima dugogodišnju saradnju sa prof. Vasilijem Petrenkom i timom na Univerzitetu u Ročesteru, izvlačeći tragove atmosferskih gasova iz arktičkih i antarktičkih ledenih jezgara, uglavnom da bismo poboljšali naše razumevanje prošlog globalnog budžeta za atmosferski metan.
Ovo istraživanje ima implikacije za tumačenje izotopskih merenja gasova koji sadrže ugljenik kao što su CO (ugljen-monoksid), ugljen-dioksid (CO2) i metan (CH4) ekstrahovani iz vazduha iz prošlosti zarobljenog u sloju firna ili dublje u mehurićima jezgre leda.
„Radiokarbonska komponenta ovih gasova, 14 CO, 14 CO 2 i 14 CH 4 pruža neprocenjiv uvid u kretanje ugljenika u ciklusu ugljenika. Ovo je posebno važno za metan, jer ovaj gas trenutno doprinosi oko 23% globalnog zagrevanje koje doživljavamo“, objasnio je dr Smit.
„Pošto metan ima relativno kratak životni vek od oko devet godina u atmosferi, ublažavanje naših emisija metana imaće mnogo brži uticaj na klimatske promene nego ugljen-dioksid. Metan se uglavnom uklanja iz atmosfere pomoću veoma reaktivnog jedinjenja, ‘hidroksila radikala, ‘OH“, dodao je on.
Merenje 14 CO nam omogućava da razumemo kako se ovaj veoma kratkotrajni „deterdžent atmosfere” menjao na globalnim razmerama u prošlosti. Tim sada obavlja sličan posao u savremenoj atmosferi, pod okriljem projekta FETCH 4.
Količina ugljenika koja se može izvući iz ovih gasova, koji se zauzvrat izdvajaju iz vazduha u firnu ili u mehuriće jezgre leda, je mala. Čak i sa relativno masivnim uzorcima koje tim izvlači na terenu, veličine uzoraka su reda desetina mikrograma ugljenika ili manje.
„Mikro-14 C sposobnost Centra za nauku o akceleratorima je od suštinskog značaja za uspeh ovog veoma izazovnog i važnog posla. Tehnike i poverenje koje je istraživački tim razvijao decenijama takođe su od ključne važnosti“, rekao je dr Smit
Prvi put je počeo da meri 14 C CO 2 u firnu i ledenom vazduhu još kasnih 90-ih, kao deo projekta Nacionalnog savetodavnog komiteta za staklene bašte. Zbijeni firn zarobljava vazduh kao mehuriće u ledu. Do tada, vazduh je i dalje u kontaktu sa atmosferom, kroz sve vijugave staze što je dubina veća.
Zatvaranje je postepeno u regionu tranzicije. Iz tog razloga, vazduh je uvek mlađi od leda koji sadrži mehuriće i postoji starosna širina, različita za svaki gas zbog različitih koeficijenata difuzije. Ovaj proces treba razumeti i „trčati unazad” sa modelima da bi se protumačio vazdušni rekord zarobljen u mehuriće.
„Ispostavilo se da je ‘puls radiokarbonske bombe’, proizveden nadzemnim nuklearnim testiranjem 50-ih i 60-ih godina, dao oštar i dobro izmeren puls od 14 CO 2 u atmosferi. Merenje ovoga u vazduhu i ledenom jezgru mehurići su se pokazali korisnim u podešavanju numeričkog modeliranja koje opisuje proces hvatanja vazduha, i od tada smo koristili istu tehniku na brojnim lokacijama“, rekao je dr Smit.
Međutim, u to vreme je postalo očigledno da je potrebno razumeti proizvodnju 14 C u samom ledu, interakcijom neutrona i miona sa atomima kiseonika u H 2 O, da bi se razvila potpuna slika.
„Ovo je izmicalo istraživačima do sada jer su različite tehnike ekstrakcije vazduha, topljenje, ribanje, mlevenje i sublimiranje leda dovele do različitih odnosa atmosferskih i in situ 14 C i izbora mesta, bilo da se nagomilava ledena ploča ili led koji se uklanja. list, takođe je dao različite rezultate.
„Detaljno razumevanje in situ kosmogene proizvodnje 14 C, zadržavanja i gubitka u ledu je potrebno da bi se razdvojile zarobljene atmosferske i in situ kosmogene komponente“, objasnio je dr Smit.
„Zanimljivo je da ćemo iskoristiti ovo novo znanje da započnemo veoma ambiciozan projekat, na udaljenom antarktičkom mestu, preko 1000 km od obale i 3 km iznad nivoa mora na Antarktičkoj visoravni“, rekao je on.
„Tim od šest članova treba da otputuje u Dome Concordia gde će izbušiti ledena jezgra na ovom posebno odabranom mestu između novembra 2024. i februara 2025. i otopiti led kako bi oslobodili vazduh koji sadrži. Zbog veoma niske stope akumulacije snega u ovom trenutku mestu, in situ 14 C signal će dominirati nad atmosferskim signalom.
„Merenja 14 CO u Centru kasnije tokom 2025. godine omogućiće nam da rekonstruišemo tok kosmičkih zraka visoke energije u poslednjih 7000 godina, saznanja koja su zaključena iz proučavanja meteorita do sada. Očekujemo da će se naš rad znatno poboljšati. Ovo tim mora da završi posao pre zime, pošto temperature padaju na -70 °C ili niže.
Sneg koji se sabija (firn) je porozan i postepeno se sabija u led, zatvarajući vazduh u mehuriće koji se zatim kreću naniže sa ledom. Zarobljeni vazduh sadrži 14 C iz kosmogene proizvodnje u vazduhu kao 14 CO 2 , 14 CO i 14 CH 4 . Međutim, 14 C se takođe proizvodi in situ neutronskim (n) razbijanjem O atoma u H 2 O (ledu), sporim hvatanjem miona (𝜇-) i interakcijama sa brzim mionima (𝜇f, > 10GeV).
Proizvodnja neutrona se javlja samo na dubini od najviše 20 m ledu, dok se proizvodnja miona javlja na mnogo većim dubinama. „Vrući“ in situ atomi 14 C proizvode 14 CO 2 , 14 CO i 14 CH 4 . Većina in situ 14 C curi iz firn sloja, ali se zadržava ispod.
