Большой остров Гавайи с его морскими черепахами и магазинами для серфинга напоминает водный тропический мир. Однако для климатологов это идеальное место для изучения воздуха с низкой влажностью и процессов, вызывающих обезвоживание атмосферы. С огромного купола Мауна-Лоа - на высоте 11000 футов над окаймленными кокосами пляжами Гавайев - климатологи могут отслеживать водяной пар, который прошел до экватора и полюса. Они пытаются измерить химическую сигнатуру пара в режиме реального времени, чтобы понять процессы, контролирующие глобальный круговорот воды..
«Нет другого места, где можно было бы провести эти измерения», - говорит Галевски, доцент Университета Нью-Мексико. «Инструмент здесь, в центре Тихого океана, может рассказать нам информацию обо всем Северном полушарии », - говорит он. На обширной вершине Мауна-Лоа, возвышающейся над слоями местной погоды, ощущается воздух, в последний раз увлажненный за сотни километров. «С этого высокого насеста вы можете увидеть реальную границу между облаками внизу и чистым,[низкой влажностью, небом вверху. Это вдохновляет; вы можете видеть то, что вы измеряете», - говорит Нун, доцент Университета Колорадо. Боулдер и сотрудник Совместного института исследований в области наук об окружающей среде.
Уникальная высота и изоляция Мауна-Лоа - вот почему эта гора была выбрана для первых непрерывных измерений содержания углекислого газа 50 лет назад. Впервые проведенные Чарльзом Килингом, измерения показывают, что глобальные концентрации CO2 растут, причем все более быстрыми темпами. Оригинальный инструмент до сих пор находится в небольшом здании по соседству с главной станцией обсерватории Мауна-Лоа. Фактически, в ходе полевых работ, финансируемых Национальным научным фондом, ученые отслеживают не менее важный парниковый газ.
Как и CO2, водяной пар также улавливает и излучает тепло обратно на планету. По их словам, понимание процессов, контролирующих влажность воздуха, будет иметь решающее значение для прогнозирования степени будущего глобального потепления. Чтобы отследить скопление влаги на Мауна-Лоа, ученые изучают уникальные подсказки, созданные изотопами кислорода и водорода - вариациями элементов, отягощенных дополнительными нейтронами. Предпочтительно конденсируются молекулы воды с тяжелыми атомами. Ученые используют этот факт, чтобы определить, повлияли ли образование облаков и осадки на воздух, а также для определения пути, по которому они двигались. Таким образом они создают карты движения воды в атмосфере. Но с идеей измерения атмосферных изотоповв реальном времени все еще в новинку, ученые ничего не оставляют на волю случая. Они используют все доступные им инструменты для измерения концентрации тяжелого кислорода и водорода: три автономных лазерных анализатора, два спутника, серию переносных колб и самодельные водяные ловушки с сухим льдом, смонтированные из хирургические трубки и детали аквариумов.
В отличие от новых анализаторов, пробы из ловушек и колб должны быть физически обработаны и рассчитаны таким образом, чтобы они совпадали с нечастыми пересечениями спутников. К несчастью для ученых, это означает отбор проб в 2 часа ночи. когда температура на высохших лавовых полях Мауна-Лоа опускается до нуля. В течение двух часов посреди ночи ловушки необходимо купать в дымящемся коктейле из сухого льда, который постоянно кормят. Нет никаких сомнений в привлекательности анализаторов реального времени, которые непрерывно гудят с полки в здании станции и собирают данные каждые несколько секунд.
Вернувшись на континент, ученые будут работать с коллегами из Лаборатории реактивного движения НАСА, чтобы сравнить измерения, полученные с наземных инструментов, с тем, что «видит» тропосферный эмиссионный спектрометр на спутнике НАСА Aura. Эта «наземная проверка» поможет им использовать дистанционные наблюдения для отслеживания водяного пара в глобальном масштабе и диагностики крупных изменений в круговороте воды по мере потепления планеты.
Новые анализаторы в реальном времени предлагают ученым еще одну возможность: возможность проводить обширные измерения влажности атмосферы в таких ключевых местах, как Мауна-Лоа. Усследователи считают, что такие измерения могут в конечном итоге развиться в долгосрочные усилия по мониторингу водяного пара, аналогичные глобальной программе мониторинга CO2, вдохновленной ранними работами Килинга. "
Помимо первоначальных полевых испытаний на Мауна-Лоа, создание новой постоянно действующей глобальной сети отслеживания паров поможет ученым-климатологам отслеживать пути развития планетарного потепления из-за выбросов CO2. Они смогут измерить, как деятельность человека и другие факторы влияют на изменение климата, а также роль атмосферных вод в погоде и климате.