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神奇发现:闪电可增加地球大气的清洁能力,产生大量的羟基自由基

2021-04-30 19:01 前瞻网   

闪电将大气中的氮和氧分子分解,产生影响温室气体的活性化学物质,似乎自带了各种不讨喜的属性。

而近日,一个由大气化学家和闪电科学家组成的团队发现,闪电和肉眼看不到的放电,会产生大量的羟基自由基(OH)和过氧化氢自由基(HO2),这最终使其具备了净化大气的能力。

羟基自由基在大气中非常重要,因为它能引发化学反应并分解像温室气体甲烷这样的分子。OH是大气中许多成分变化的主要驱动力。

神奇发现:闪电可增加地球大气的清洁能力,产生大量的羟基自由基

宾夕法尼亚州立大学著名的气象学教授William H. Brune表示,起初观察云层中发现这些大量的OH和HO2踪迹,他们也感到很惊奇,还以为是仪器中有噪音。

但是几年前,Brune从架子上取下数据,发现信号实际上是羟基和过氧化氢,然后和一个研究生和研究助理一起研究这些信号是否可以通过实验室中的火花和亚可见放电产生。然后他们对雷暴和闪电数据进行了重新分析。

这些数据来自于2012年在科罗拉多州和俄克拉荷马州上空飞行的一架飞机上的仪器,该仪器用于观察雷暴和闪电对大气造成的化学变化。

在一位本科生实习生的帮助下,他们开始将仪器在雷雨云中发现的这些巨大信号,与地面测量的闪电联系起来。

研究人员4月29日在Science First Release和《地球物理研究杂志-大气》(Geophysical Research—Atmospheres)上在线报告了他们的研究结果。

大多数闪电从未击中地面,而停留在云层中的闪电对于影响高层大气中的臭氧和重要的温室气体尤为重要。人们知道闪电可以把水分解成羟基和过氧化氢,但这一过程以前从未在雷暴中观察到。

最初让Brune教授的团队感到困惑的是,他们的仪器记录到,在飞机或地面上看不到闪电的云层区域,羟基和过氧化氢的含量很高,比以往任何大气观测都要高几个数量级。实验室的实验表明:弱电流,远不如可见闪电的能量,可以产生相同的组件。

在全球范围内,风暴闪电产生的羟基自由基(OH),占了地球大气氧化能力的2-16%。

虽然研究人员在有亚可见闪电的地区发现了羟基和过氧化氢,但他们几乎没有发现臭氧的证据,也没有发现一氧化氮的证据,而一氧化氮需要可见闪电才能形成。

如果亚可见闪电经常发生,那么这些电事件产生的羟基和过氧化氢就需要纳入大气模型。目前,他们还没有。

 

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责任编辑: 4126TJ

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