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北极。当你听到这些词时,脑海中会浮现什么?北极熊、冰山、冰冻的温度?如今,你可能还会想到不断减少的海冰,以及西北航道开通的可能性。事实上,北极的升温速度是全球平均速度的两倍,所以你现在可能会把北极与“变暖”以及“冰冻”联系起来。
北极升温速度快于其他地区的一个原因是“正反馈”,即任何升温都会加剧升温。例如,较温暖的夏季意味着更多的海冰融化。海冰是白色的,将阳光反射回太空,而裸露的海水是黑色的,这意味着它会吸收更多的阳光,变得更加温暖。另一个正反馈来自温室气体甲烷。湿地释放的甲烷量会随着温度升高而增加。由于甲烷是一种温室气体,更多的甲烷会导致更多的升温,从而导致释放更多的甲烷。小的变化可能会被这些正反馈放大,因此尝试量化——甚至可能预测——它们就显得尤为重要。
我们正在MAMM项目(代表北极甲烷 - 测量与建模)中试图理解的正是甲烷排放。北极是一个相对未被探索的荒野,因为它地域广阔,而且大部分地区难以到达。有一些站点在持续测量北极空气中的甲烷,但是数量远远不够,无法很好地了解情况。
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今年夏天,我们将前往北极,试图收集足够的数据,以便更好地了解有多少甲烷被释放出来,以及最终的去向。在地面上,我们将有一支勇敢的科学家团队在湿地中(至少在面对巨蚊时是勇敢的),测量不同类型的湿地植被释放的甲烷量,基本上是通过在一个地块上放置一个容器,然后测量容器中捕获的甲烷量。湿地甲烷来自土壤中的微生物,它们将其作为新陈代谢的副产品产生。
然后是公路旅行,我们当中一些更喜欢冒险的人将开车在欧洲北极的偏远地区行驶,沿途收集空气样本。当然,这些不仅仅是你在超市里买的那种塑料袋——它们是密封的,并且涂有不粘、无反应的材料(就像你家里的煎锅),因此空气可以保持原样,并被带回实验室进行分析。
我们将分析的其中一件事是甲烷中的同位素特征,这有点像采集空气样本的指纹。不同的甲烷来源(CH4)具有不同的碳-13同位素(具有7个中子而不是更常见的6个中子的碳)比例,因此通过测量样品中碳-13的含量,你可以判断它是来自湿地等生物来源,还是来自化石燃料等其他来源。
例如,我们家中燃烧的天然气与湿地甲烷相比,具有更高的碳-13比例。这是一种极其强大的方法,可以了解你所测量的甲烷的来源,因此我们将能够判断我们测量的任何甲烷是否来自湿地、气田或其他来源。
湿地测量将详细观察局部甲烷,然后公路旅行将在整个区域进行采样,最后我们将乘坐英国的大气研究飞机(ARA)在更广阔的北极地区进行测量。这架由空中大气测量设施(FAAM)运营的改装喷气式飞机,大部分乘客座椅都被大型仪器取代,用于测量大气。有一个名为量子级联激光器的令人兴奋的仪器,它测量从外部吸入仪器中的空气中的甲烷。其他仪器测量飞机下方一定距离的甲烷(“遥感”),或从样品中测量。飞机上的这些仪器将帮助我们了解更大的情况,尝试扩大详细的局部测量,并了解北极对全球甲烷的影响。我们将使用计算机模型以及测量结果来帮助我们做到这一点。
ARA将从瑞典北部基律纳机场起飞和降落,因此MAMM团队的大部分成员将于2013年8月和9月在那里工作。该团队由以下人员组成:负责维护和校准机载仪器的仪器科学家;运行飞机的团队,包括飞行员、工程师和机组人员(科学家需要咖啡因和晕机药才能正常工作,尤其是在有点颠簸的时候!);以及任务科学家,他们协调飞行地点以获得最佳数据,并确保整个过程顺利进行。无论是天气不佳、晕机,还是在不恰当的时候损坏了一些必要的设备,通常总有一些事情让我们忙碌!尽管我们希望进行超精确和准确的测量,但我们仍然必须进入现实世界才能获得数据,而且我们都知道现实世界有多么混乱!但是处理这些问题是工作的一部分,也是乐趣的一部分。
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