Gốc hydroxyl rất quan trọng trong khí quyển vì nó kích hoạt các phản ứng hóa học và phá vỡ các phân tử gây ô nhiễm không khí như khí mê tan.
Phân hủy các chất gây ô nhiễm khí quyển
Theo kết quả của một nghiên cứu mới, những tia sét có thể đóng một vai trò lớn hơn những gì chúng ta tưởng trong một quá trình cơ bản giúp làm sạch bầu không khí của chúng ta trước các chất ô nhiễm.
Những tia sét trong các cơn bão tạo ra một lượng lớn các phân tử được gọi là các gốc oxy hóa, có thể phân hủy các chất khí như carbon monoxide và mê tan trong khí quyển. Đây là các chất gây ô nhiễm khí quyển có thể góp phần làm Trái đất nóng lên và làm hỏng tầng ozon.
Carbon monoxide và methane xâm nhập vào khí quyển từ cả nguồn tự nhiên và công nghiệp. Khí mê tan được tạo ra từ quá trình phân hủy thực vật, nhưng cũng được thải ra do phát triển dầu khí và nông nghiệp. Carbon monoxide và các hydrocarbon gây ô nhiễm khác có thể do các ngành công nghiệp và các vụ cháy rừng tạo ra.
Tuy nhiên, các quá trình tự nhiên trong khí quyển, chủ yếu do ánh sáng mặt trời thúc đẩy, đã tạo ra các phân tử được gọi là gốc, trong đó quan trọng nhất là hydroxyl.
Các phân tử này hoạt động rất mạnh về mặt hóa học (có nghĩa là chúng có nhiều khả năng phản ứng với các phân tử khác) và có thể phản ứng với các chất ô nhiễm để tạo thành các hợp chất mới vô hại hoặc có thể dễ dàng gắn vào nước và thoát ra ngoài không khí.
Nghiên cứu mới do Giáo sư khí tượng học William Brune của ĐH bang Pennsylvania (Mỹ) đứng đầu phát hiện sét tạo ra số lượng phân tử hydroxyl nhiều hơn rất nhiều so với những gì đã biết trước đây. Công trình của ông cho thấy hơn 10% nguồn cung các gốc làm sạch này trong khí quyển có thể được tạo ra bởi các cơn bão có sét.
Dùng máy bay đi qua các cơn bão
Khả năng làm sạch bầu khí quyển của tia sét.
Công việc liên quan đến việc lái máy bay nghiên cứu DC-8 của NASA qua vùng giông bão đối lưu sâu để thu thập dữ liệu. Theo Giáo sư Brune, việc này không nguy hiểm như người ta nghĩ.
“Thực sự rất thú vị. Các phi công thật phi thường. Họ biết mình đang làm gì. Họ biết cách giữ an toàn cho máy bay. Nhưng nó thực sự rất thú vị bởi vì bạn có thể thấy sự đối lưu sâu và điều này rất gần gũi và riêng tư” – Giáo sư Brune nói – “Chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu này năm 2012, bay qua miền Trung nước Mỹ và cố gắng xem xét cái gì sắp đi vào cơn bão về mặt hóa học, cái gì sẽ xuất hiện phía trên.
Và trước sự ngạc nhiên của mình, chúng tôi đã nhìn thấy một lượng rất lớn các OH (các phân tử hydroxyl). Lúc đầu, chúng tôi không tin vào những tín hiệu nhận được. Chúng rất lớn, lớn hơn một nghìn lần so với khối lượng lớn nhất mà chúng tôi từng thấy”.
Dữ liệu thu thập được từ máy bay được so sánh với dữ liệu thu thập từ máy thu radio trên mặt đất theo dõi các tia chớp trong các đám mây. Cả 2 bộ dữ liệu đã xác nhận việc sản sinh ra lượng gốc hydroxyl cao do sét đánh.
Các gốc hydroxyl được tạo ra khi năng lượng của các tia sét phá vỡ hơi nước trong khí quyển. “Bạn có thể nghĩ nó giống như nước đã loại bỏ nguyên tử hydro và sau đó muốn lấy lại hydro đó. Vì vậy nó trở nên rất tích cực khi nó đi và cố gắng lấy lại hydro” – Giáo sư nói. Điều đó có nghĩa là gốc hydroxyl rất dễ phản ứng với các phân tử mê tan hoặc carbon monoxide.
Cần cập nhật các mô hình về biến đổi khí hậu
Một tia sét duy nhất có thể giải phóng tới một tỷ vôn, hàng chục nghìn ampe, di chuyển với tốc độ hơn 434.000 km/h và chỉ trong vài phần triệu giây đạt tới 30.000 độ C - nóng hơn bề mặt của Mặt trời.
Giáo sư Brune thừa nhận rằng rất khó để đánh giá hiệu quả của quá trình này trên phạm vi toàn cầu. Kết quả của nghiên cứu này dựa trên một số chuyến bay hạn chế trên một phần nhỏ của nước Mỹ.
Vẫn còn rất nhiều thông tin cần được thu thập để tạo ra một bức tranh quy mô toàn cầu. Tuy nhiên, Giáo sư Brune tin rằng hydroxyl do sét tạo ra có tác động đáng kể trên toàn thế giới.
Các mô hình trước đây cho rằng sét không phải là một yếu tố đóng góp đáng kể vào quá trình làm sạch bầu khí quyển. “Ước tính tốt nhất của chúng tôi lúc này là từ 2%, khá quan trọng, đến hơn 10%, rất quan trọng, đối với toàn bộ việc làm sạch bầu khí quyển.
Những ước tính trên có thể thay đổi khi hành tinh của chúng ta ấm lên. Một số mô hình biến đổi khí hậu cho thấy sự gia tăng hoạt động giông bão, đồng nghĩa với việc sản xuất nhiều hơn hydroxyl và làm sạch khí quyển nhiều hơn trong tương lai. Các mô hình khí hậu khác cho thấy rằng có thể không có nhiều sét nhưng sét đánh sẽ dữ dội hơn và cũng có thể làm thay đổi các con số.
Theo Giáo sư Brune, trong mọi trường hợp, các mô hình về biến đổi khí hậu và ô nhiễm toàn cầu trong tương lai sẽ phải tính đến thông tin mới này về việc làm sạch khí quyển. Các mô hình hiện diện có thể cần cập nhật.
