Η φύση κρύβει συχνά τις πιο απρόσμενες απαντήσεις στις μεγαλύτερες προκλήσεις του πλανήτη. Όταν το ηφαίστειο Χούνγκα Τόνγκα εξερράγη με πρωτοφανή σφοδρότητα, οι επιστήμονες περίμεναν να αντικρίσουν μια ακόμη περιβαλλοντική καταστροφή.
Ωστόσο, τα δεδομένα από την ατμόσφαιρα αποκάλυψαν κάτι που κανείς δεν είχε προβλέψει: Μια αιφνίδια, «μαγική» χημική αντίδραση που άρχισε να εξουδετερώνει το μεθάνιο – ένα από τα πιο επικίνδυνα αέρια του θερμοκηπίου.
Η ανακάλυψη αυτή όχι μόνο ανατρέπει όσα γνωρίζαμε για τη ρύπανση, αλλά ανοίγει έναν ολοκαίνουριο δρόμο στη μάχη κατά της κλιματικής αλλαγής.
Η έκρηξη του Χούνγκα Τόνγκα ενδέχεται να πυροδότησε μια απρόσμενη χημική αντίδραση που κατέστρεψε μέρος του μεθανίου που απελευθερώθηκε στην ατμόσφαιρα. Οι επιστήμονες αναφέρουν ότι η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τις εκτιμήσεις για τη ρύπανση από μεθάνιο και να εμπνεύσει νέες μεθόδους για την επιβράδυνση της βραχυπρόθεσμης παγκόσμιας θέρμανσης.
Η έκρηξη του Χούνγκα Τόνγκα
Όταν το ηφαίστειο Χούνγκα Τόνγκα-Χούνγκα Χααπάι εξερράγη κάτω από τον Νότιο Ειρηνικό τον Ιανουάριο του 2022, η έκρηξη κατατάχθηκε μεταξύ των ισχυρότερων ηφαιστειακών γεγονότων της σύγχρονης εποχής.
Το τεράστιο ηφαιστειακό νέφος φαίνεται ότι βοήθησε στην καταστροφή μέρους της ρύπανσης από μεθάνιο που παρήγαγε το ίδιο το ηφαίστειο. Το εύρημα αυτό θα μπορούσε να έχει προεκτάσεις που ξεπερνούν κατά πολύ μια μεμονωμένη έκρηξη.
Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για τρόπους μείωσης του μεθανίου στην ατμόσφαιρα, καθώς το συγκεκριμένο αέριο συμβάλλει σημαντικά στην παγκόσμια θέρμανση και εξαφανίζεται πολύ πιο γρήγορα από το διοξείδιο του άνθρακα.
Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η φύση μπορεί να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους ερευνητές να αναπτύξουν νέες στρατηγικές για την επιβράδυνση της βραχυπρόθεσμης θέρμανσης.
Ένα «παράξενο σήμα» μέσα στο ηφαιστειακό νέφος
Οι ερευνητές έκαναν την ανακάλυψη χρησιμοποιώντας δορυφορικές παρατηρήσεις του τεράστιου νέφους που δημιουργήθηκε από την έκρηξη. Εντόπισαν εξαιρετικά υψηλά επίπεδα φορμαλδεΰδης, μιας χημικής ουσίας που παρείχε ένα σημαντικό στοιχείο για το τι συνέβαινε στο εσωτερικό του νέφους.
Η φορμαλδεΰδη παράγεται για σύντομο χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων που διασπούν το μεθάνιο στην ατμόσφαιρα. Επειδή επιβιώνει μόνο για λίγο, οι ασυνήθιστα μεγάλες ποσότητες φορμαλδεΰδης μπορούν να λειτουργήσουν ως ένα «χημικό αποτύπωμα», το οποίο αποδεικνύει ότι η καταστροφή του μεθανίου βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη.
«Όταν αναλύσαμε τις δορυφορικές εικόνες, εκπλαγήκαμε όταν είδαμε ένα νέφος με συγκέντρωση-ρεκόρ φορμαλδεΰδης. Καταφέραμε να εντοπίσουμε το νέφος για 10 ημέρες, σε όλη τη διαδρομή του μέχρι τη Νότια Αμερική. Επειδή η φορμαλδεΰδη επιβιώνει μόνο για λίγες ώρες, αυτό έδειξε ότι το νέφος κατέστρεφε συνεχώς μεθάνιο για περισσότερο από μία εβδομάδα», εξηγεί ο Δρ. Maarten van Herpen από την Acacia Impact Innovation BV, πρώτος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
«Είναι γνωστό ότι τα ηφαίστεια εκπέμπουν μεθάνιο κατά τη διάρκεια των εκρήξεων, αλλά μέχρι τώρα δεν ήταν γνωστό ότι η ηφαιστειακή τέφρα είναι επίσης ικανή να καθαρίσει εν μέρει αυτή τη ρύπανση», προσθέτει ο ίδιος.
Ισοδύναμο με τις καθημερινές εκπομπές 2 εκατομμυρίων αγελάδων
Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, το ηφαίστειο απελευθέρωσε περίπου 300 γιγαγραμμάρια (Gg) μεθανίου κατά τη διάρκεια της έκρηξης. Αυτή η ποσότητα είναι σχεδόν ισοδύναμη με τις ετήσιες εκπομπές μεθανίου περισσότερων από δύο εκατομμυρίων αγελάδων. Την ίδια στιγμή, το ηφαιστειακό νέφος απομάκρυνε περίπου 900 μεγαγραμμάρια (Mg) μεθανίου την ημέρα, μια ποσότητα συγκρίσιμη με τις καθημερινές εκπομπές δύο εκατομμυρίων αγελάδων.
Αλάτι, ηλιακό φως και μια απρόσμενη χημική αντίδραση
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η εξήγηση κρύβεται σε έναν ασυνήθιστο συνδυασμό ηφαιστειακής τέφρας, θαλασσινού νερού και ηλιακού φωτός. Η βασική χημική διαδικασία εντοπίστηκε για πρώτη φορά από επιστήμονες το 2023, αν και σε ένα πολύ διαφορετικό περιβάλλον.
Σε εκείνη την προηγούμενη έρευνα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η σκόνη από τη Σαχάρα που μεταφέρεται στον Ατλαντικό Ωκεανό μπορεί να αναμειχθεί με το θαλασσινό αλάτι που απελευθερώνεται από τα κύματα.
Μαζί, αυτά τα υλικά σχηματίζουν μικροσκοπικά αιωρούμενα σωματίδια που ονομάζονται «αερολύματα αλάτων σιδήρου».
Τα αερολύματα είναι μικροσκοπικά σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. Όταν το ηλιακό φως προσκρούει σε αυτά τα σωματίδια, οι χημικές αντιδράσεις που προκαλούνται μπορούν να απελευθερώσουν άτομα χλωρίου.
Το χλώριο είναι εξαιρετικά δραστικό, γεγονός που του επιτρέπει να «επιτίθεται» στα μόρια του μεθανίου και να βοηθά στη διάσπασή τους. Η ανακάλυψη αυτή πρόσθεσε μια διαδικασία –που μέχρι πρότινος δεν είχε εκτιμηθεί επαρκώς– στην κατανόηση των επιστημόνων για τη χημεία της τροπόσφαιρας, του χαμηλότερου κύριου στρώματος της ατμόσφαιρας της Γης, όπου εκδηλώνεται το μεγαλύτερο μέρος των καιρικών φαινομένων.
«Αυτό που είναι νέο —και εντελώς ξαφνικό— είναι ότι ο ίδιος μηχανισμός φαίνεται να συμβαίνει σε ένα ηφαιστειακό νέφος ψηλά στη στρατόσφαιρα, όπου οι φυσικές συνθήκες είναι εντελώς διαφορετικές», λέει ο καθηγητής Matthew Johnson από το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, ένας από τους ερευνητές πίσω και από τις δύο ανακαλύψεις.
Η έκρηξη του Χούνγκα Τόνγκα δημιούργησε ασυνήθιστα ευνοϊκές συνθήκες για αυτή τη χημική διαδικασία.
Επειδή το ηφαίστειο εξερράγη κάτω από τον ωκεανό, εκτίναξε τεράστιες ποσότητες αλμυρού θαλασσινού νερού προς τα πάνω, μαζί με ηφαιστειακή τέφρα. Μέρος αυτού του υλικού έφτασε στη στρατόσφαιρα, το ατμοσφαιρικό στρώμα που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το ηλιακό φως που προσέκρουσε σε αυτό το μείγμα παρήγαγε εξαιρετικά δραστικό χλώριο. Αυτά τα άτομα χλωρίου αντέδρασαν στη συνέχεια με το μεθάνιο μέσα στο ηφαιστειακό νέφος, συμβάλλοντας στην καταστροφή μέρους του μεθανίου που απελευθερώθηκε κατά την έκρηξη. Οι πρωτοφανείς ποσότητες φορμαλδεΰδης που ανιχνεύθηκαν από το διάστημα παρείχαν την απόδειξη ότι αυτή η διαδικασία βρισκόταν σε εξέλιξη.
Μεθάνιο: Το «κλειδί» για την άμεση επιβράδυνση της κλιματικής αλλαγής
Το μεθάνιο ευθύνεται σήμερα για περίπου το ένα τρίτο της παγκόσμιας θέρμανσης. Αν και βρίσκεται σε πολύ μικρότερη αφθονία σε σχέση με το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο παγιδεύει τη θερμότητα εξαιρετικά αποτελεσματικά.
Σε μια περίοδο 20 ετών, το μεθάνιο είναι περίπου 80 φορές πιο ισχυρό από το CO2.
Υπάρχει επίσης μια σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο αερίων του θερμοκηπίου.
Το μεθάνιο παραμένει συνήθως στην ατμόσφαιρα για περίπου 10 χρόνια προτού οι χημικές αντιδράσεις το απομακρύνουν, ενώ ένα μέρος του διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να επηρεάζει το κλίμα για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.Θέλετε
Αυτή η σχετικά σύντομη διάρκεια ζωής στην ατμόσφαιρα καθιστά το μεθάνιο έναν ιδιαίτερα ελκυστικό στόχο για άμεση κλιματική δράση. Η μείωση των εκπομπών μεθανίου σήμερα θα μπορούσε να αρχίσει να αποφέρει αισθητά οφέλη για το κλίμα μέσα σε περίπου μία δεκαετία.
Για τον λόγο αυτό, οι ερευνητές περιγράφουν μερικές φορές τη μείωση του μεθανίου ως ένα «φρένο έκτακτης ανάγκης» για την κλιματική αλλαγή, καθώς η ταχεία μείωση των επιπέδων του θα μπορούσε να βοηθήσει στον περιορισμό της υπερθέρμανσης κατά τις επόμενες δεκαετίες και ενδεχομένως να μειώσει τον κίνδυνο να ξεπεραστούν επικίνδυνα κλιματικά σημεία καμπής.
Η μείωση του μεθανίου, ωστόσο, δεν υποκαθιστά τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα. Η μακροπρόθεσμη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας εξακολουθεί να απαιτεί σημαντικές μειώσεις στις εκπομπές CO2.
Θα μπορούσαν οι επιστήμονες να αντιγράψουν το «πείραμα» του ηφαιστείου;
Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε επίσης να αποτελέσει πηγή έμπνευσης για ερευνητές και εταιρείες που αναζητούν τρόπους για την εσκεμμένη επιτάχυνση της καταστροφή του μεθανίου.
Ένας αναδυόμενος τομέας της κλιματικής έρευνας επικεντρώνεται στην απομάκρυνση του μεθανίου από την ατμόσφαιρα.
Αντί να εμποδίζουν απλώς τις νέες εκπομπές μεθανίου, οι επιστήμονες εξετάζουν αν οι χημικές διεργασίες θα μπορούσαν να αυξήσουν με ασφάλεια τον ρυθμό με τον οποίο διασπάται το μεθάνιο που βρίσκεται ήδη στην ατμόσφαιρα.
Το ηφαίστειο Χούνγκα Τόνγκα ενδέχεται να προσέφερε μια εντυπωσιακή, φυσική επίδειξη ενός τέτοιου πιθανού μηχανισμού.
Μια σημαντική πρόκληση, ωστόσο, είναι να αποδειχθεί ότι οποιαδήποτε προτεινόμενη τεχνολογία απομακρύνει πράγματι το μεθάνιο. Το μεθάνιο της ατμόσφαιρας είναι διασκορπισμένο σε τεράστιες εκτάσεις, γεγονός που καθιστά τις σχετικά μικρές αλλαγές δύσκολο να μετρηθούν με ακρίβεια και βεβαιότητα.
«Πώς αποδεικνύεις ότι το μεθάνιο έχει απομακρυνθεί από την ατμόσφαιρα; Πώς ξέρεις ότι η μέθοδός σου λειτουργεί; Είναι πολύ δύσκολο. Εδώ όμως αντιμετωπίζουμε αυτό το πρόβλημα, δείχνοντας ότι η διάσπαση του μεθανίου μπορεί πράγματι να παρατηρηθεί με τη χρήση δορυφόρων», λέει ο Δρ. Jos de Laat από το Βασιλικό Μετεωρολογικό Ινστιτούτο των Κάτω Χωρών, κύριος συγγραφέας της μελέτης.
Αλλάζουν τα δεδομένα για τον παγκόσμιο «προϋπολογισμό» μεθανίου
Τα ευρήματα ενδέχεται επίσης να αναγκάσουν τους επιστήμονες να επανεξετάσουν τους υπολογισμούς για το παγκόσμιο ισοζύγιο μεθανίου.Το ισοζύγιο μεθανίου είναι ουσιαστικά ένα σύστημα λογιστικής καταγραφής για το συγκεκριμένο αέριο.
Οι επιστήμονες εκτιμούν πόσο μεθάνιο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα από πηγές όπως οι υγρότοποι, η γεωργία, τα ορυκτά καύσιμα και η γεωλογική δραστηριότητα, και στη συνέχεια το συγκρίνουν με την ποσότητα που απομακρύνεται μέσω της ατμοσφαιρικής χημείας και άλλων διεργασιών.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ατμοσφαιρική σκόνη δεν είχε ενσωματωθεί πλήρως σε αυτούς τους υπολογισμούς μέχρι σήμερα. Εάν η ηφαιστειακή τέφρα και άλλες μορφές ορυκτής σκόνης μπορούν να επιταχύνουν την καταστροφή του μεθανίου, οι εκτιμήσεις για τον τρόπο με τον οποίο το μεθάνιο κινείται στην ατμόσφαιρα ίσως χρειαστεί να αναπροσαρμοστούν.
«Γνωρίζουμε πλέον ότι η ατμοσφαιρική σκόνη —για παράδειγμα από μια ηφαιστειακή έκρηξη— επηρεάζει το ισοζύγιο μεθανίου, δηλαδή τον υπολογισμό του πόσο μεθάνιο προστίθεται στην ατμόσφαιρα και πόσο απομακρύνεται. Επειδή η σκόνη δεν είχε ληφθεί υπόψη στο παρελθόν, είναι σημαντικό να διορθώσουμε τα δεδομένα στα οποία βασίζονται αυτές οι εκτιμήσεις», λέει ο Matthew Johnson.
Οι δορυφόροι «κατέγραψαν» τη χημική αντίδραση σε πραγματικό χρόνο
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μετρήσεις από το TROPOMI, ένα προηγμένο όργανο που βρίσκεται στον δορυφόρο Sentinel-5P του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA). Το TROPOMI σαρώνει την ατμόσφαιρα της Γης καθημερινά, παρακολουθώντας τα αέρια που σχετίζονται με την ατμοσφαιρική ρύπανση και την κλιματική αλλαγή.
Ωστόσο, ο εντοπισμός φορμαλδεΰδης μέσα σε ένα ηφαιστειακό νέφος στη στρατόσφαιρα ώθησε το όργανο πολύ πέρα από τις συνθήκες για τις οποίες έχουν σχεδιαστεί κανονικά οι τυπικές μετρήσεις του.
«Η ανάκτηση δεδομένων για τη φορμαλδεΰδη από το TROPOMI μέσα σε ένα στρατοσφαιρικό ηφαιστειακό νέφος είναι κάτι που βρίσκεται πολύ εκτός των τυπικών συνθηκών λειτουργίας του οργάνου. Έπρεπε να διορθώσουμε προσεκτικά την ευαισθησία του δορυφόρου για το ασυνήθιστο υψόμετρο του σήματος και να λάβουμε υπόψη την παρεμβολή από τις υψηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου. Η σωστή πραγματοποίηση αυτών των διορθώσεων ήταν απαραίτητη για να επιβεβαιώσουμε ότι αυτό που βλέπαμε ήταν πραγματικό», δήλωσε η Δρ. Isabelle De Smedt από το Βασιλικό Ινστιτούτο Διαστημικής Αερονομίας του Βελγίου.
Αυτές οι διορθώσεις επέτρεψαν στους ερευνητές να συμπεράνουν ότι το ασυνήθιστα ισχυρό σήμα φορμαλδεΰδης ήταν αληθινό και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της καταστροφής του μεθανίου μέσα στο ηφαιστειακό νέφος.
Ένα πιθανό «προσχέδιο» από τη φύση
Η ομάδα πιστεύει ότι η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να ενθαρρύνει τους μηχανικούς να εξετάσουν εάν η φυσική χημική διαδικασία που παρατηρήθηκε μετά το Χούνγκα Τόνγκα μπορεί να αναπαραχθεί με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα.
«Είναι μια προφανής ιδέα για τη βιομηχανία να προσπαθήσει να αναπαράγει αυτό το φυσικό φαινόμενο —αλλά μόνο εάν αποδειχθεί ότι είναι ασφαλές και αποτελεσματικό. Η δορυφορική μας μέθοδος θα μπορούσε να προσφέρει έναν τρόπο που θα βοηθήσει να καταλάβουμε πώς οι άνθρωποι θα μπορούσαν να επιβραδύνουν την παγκόσμια θέρμανση», καταλήγει ο Matthew Johnson.
Κάθε απόπειρα παρέμβασης στην ατμοσφαιρική χημεία θα απαιτούσε προσεκτική μελέτη για την κατανόηση πιθανών ανεπιθύμητων παρενεργειών. Ωστόσο, το Χούνγκα Τόνγκα προσφέρει στους ερευνητές ένα σπάνιο, πραγματικό παράδειγμα καταστροφής μεθανίου σε τεράστια κλίμακα, μαζί με έναν πιθανό τρόπο παρακολούθησης της διαδικασίας από το διάστημα.
Το επιστημονικό άρθρο δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications. Οι ερευνητές που συμμετείχαν στη μελέτη είναι οι: Maarten van Herpen (Acacia Impact Innovation BV, Ολλανδία), Isabelle De Smedt (Βασιλικό Ινστιτούτο Διαστημικής Αερονομίας, Βέλγιο), Daphne Meidan και Alfonso Saiz-Lopez (CSIC, Ισπανία), Matthew Johnson (Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, Δανία), Thomas Röckmann (Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης, Ολλανδία) και Jos de Laat (Βασιλικό Μετεωρολογικό Ινστιτούτο των Κάτω Χωρών, Ολλανδία).