Теперь исследовательская группа во главе с учеными из MIT и включая коллег от Деревянного Отверстия, Океанографическое Учреждение, Университет Торонто, и в другом месте разработали инструмент, который может быстро и точно проанализировать образцы экологического метана, чтобы определить, как газ был сформирован.Подход, названный настраиваемой инфракрасной лазерной прямой абсорбционной спектроскопией, обнаруживает отношение изотопов метана, которые могут предоставить «отпечаток пальца», чтобы дифференцироваться между двумя общим происхождением: микробный, в котором микроорганизмы, как правило живущие в заболоченных местах или кишках животных, производят метан как метаболический побочный продукт; или термогенный, в котором органическое вещество, похороненное глубоко в Земле, распадается к метану при высоких температурах.Исследователи использовали технику, чтобы проанализировать образцы метана от параметров настройки включая озера, болота, грунтовую воду, глубоководные вентили, и кишки коров, а также метан, произведенный микробами в лаборатории.«Мы интересуемся вопросом, ‘Где метан прибывает из?’» говорит Шухеи Оно, доцент геохимии в Отделе MIT Земли, Атмосферных и Планетарных Наук. «Если мы можем разделить, сколько от коров, природного газа и других источников, мы можем более достоверно выработать стратегию, что сделать о глобальном потеплении».
Оно и его коллеги, включая первого автора и аспиранта Дэвида Вана, издают их результаты на этой неделе в журнале Science.Запирание на частоте метанаМетан – молекула, состоявшая из одного атома углерода, связанного с четырьмя водородными атомами.
Углерод может стать одним из двух изотопов (углерод 12 или углерод 13); водород может также принять две формы, включая как дейтерий – изотоп водорода с одним дополнительным нейтроном.Авторы искали очень редкую молекулу вдвойне замененного на изотоп метана, известного как 13CH3D – молекула и с атомом углерода 13 и с атомом дейтерия. Обнаружение 13CH3D было крайне важно, исследователи рассуждали, поскольку это может быть сигнал температуры, при которой метан сформировался – важный для определения, микробный ли метан или термогенный в происхождении.В прошлом году Оно и коллеги, работающие с учеными из Исследования Летательного аппарата тяжелее воздуха, построили инструмент, чтобы обнаружить 13CH3D.
Техника использует инфракрасную спектроскопию, чтобы обнаружить определенные частоты, соответствующие мелким движениям в молекулах метана; различные частоты соответствуют различным изотопам. Этот спектроскопический подход, который существенно отличается от классических массовых спектральных методов, разрабатываемых другими, имеет преимущество мобильности, позволяя ее потенциальное развертывание в полевых районах.
Пульс метанаКоманда собрала образцы метана от параметров настройки, таких как озера, болота, водохранилища природного газа, пищеварительные тракты коров, и глубоко древняя грунтовая вода, а также метан, сделанный микробами в лаборатории.Группа заметила что-то удивление и неожиданный в некоторых образцах. Например, на основе отношений изотопа они обнаружили в рубце коровы, они вычислили, что этот метан сформировался на уровне 400 градусов Цельсия – невозможный, поскольку животы коровы, как правило – приблизительно 40 C. Они наблюдали подобный incongruences в образцах от озер и болот.
Отношения изотопа, они рассуждали, не должны быть прекрасным индикатором температуры.Вместо этого Ван и его коллеги определили отношения между особенностью связей, связывающих углерод и водородом в молекулах метана – качество, которое они считали «массивностью» – и уровень, по которому был произведен метан: Чем более массивный связь, тем медленнее уровень methanogenesis.
«Кишки коровы производят метан на очень высоких показателях – до 500 литров в день за корову. Они – гигантские бродильные аппараты метана, и они предпочитают делать менее собранный в группу метан, по сравнению с геологическими процессами, которые происходят очень медленно», говорит Ван. «Мы измеряем степень массивности углерода и водородных изотопов, который помогает нам понять то, как быстро метан сформировался».
Исследователи применили эту новую интерпретацию к метану, сформированному микробами в лаборатории, и сочли хорошее соглашение между изотопами обнаруженным и ставки, по которым сформировался газ. Они тогда использовали технику, чтобы проанализировать метан от Шахты Ручья Кида в Канаде – одном из самых глубоких доступных пунктов на Земле – и двух местах в Калифорнии, где скала мантии Земли реагирует с грунтовой водой.
Это места, в которых происхождение метана было неясно.«Это был давний вопрос, как те жидкости были развиты», говорит Ван. «Теперь у нас есть основание, которое мы можем использовать, чтобы исследовать, как метан формируется в окружающей среде на Земле и вне».