Dem Deuterium in Regentropfen auf der Spur, Molekül für Molekül

Neue Forschungsergebnisse unter der Leitung der University of Massachusetts Amherst verfeinern unser Verständnis der chemischen Spuren, die als Fingerabdruck des Regens dienen. Das kürzlich erschienene Werk in Globale biogeochemische Kreisläufeist für das Verständnis des Wasserkreislaufs der Erde von entscheidender Bedeutung, zumal er durch globale Erwärmung, Entwaldung und andere Umweltkatastrophen einem schnellen Wandel unterliegt.

Sie wissen sicherlich, dass Wasser (H2O) aus zwei Wasserstoffmolekülen und einem Sauerstoffmolekül besteht. Was Sie vielleicht nicht wissen, ist, dass es sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff in verschiedenen Varianten gibt. Der „normale“ Wasserstoff zum Beispiel hat einen Kern mit nur einem Proton, aber es gibt noch eine andere Version: „schwerer Wasserstoff“ oder Deuterium, das sowohl ein Proton als auch ein Neutron in seinem Kern hat. Dieses Deuterium ist vergleichsweise selten und kann sowohl zur Verfolgung von Niederschlagsmengen im Laufe der Zeit als auch zum Verständnis von Verdunstung und saisonalen Klimaänderungen verwendet werden. Dasselbe gilt für Sauerstoff, der sowohl eine übliche leichte Version als auch eine seltene schwere Version hat.

„Deuteriumüberschuss“, oder wenn das Verhältnis von schwerem Wasserstoff zu schwerem Sauerstoff zunimmt, ist ein Fingerabdruck, der in der Klima- und hydrologischen Modellierung und zur Rekonstruktion vergangener Klimazonen weit verbreitet ist, um die Geschichte eines Regentropfens zu verstehen. Aber die Prozesse, die zum Deuteriumüberschuss führen, sind noch nicht vollständig verstanden.

„Unser Papier ist das erste, das sich mit saisonalen Schwankungen des Deuteriumüberschusses im Niederschlag auf der ganzen Welt befasst, um besser zu verstehen, was diese chemischen Tracer auf regionaler Ebene beeinflusst“, sagt Matthew Winnick, Professor für Geowissenschaften an der UMass Amherst und leitender Autor des Papiers.

Winnick und sein Team unter der Leitung von Zhengyu Xia, der diese Studie im Rahmen seiner Postdoc-Forschung an der UMass Amherst abgeschlossen hat und jetzt Fakultätsmitglied an der School of Geographical Sciences der Northeast Normal University in China ist, haben ein neues Licht auf das Wie und Wo geworfen Verschiedene Prozesse wirken zusammen, um den Deuteriumüberschuss zu beeinflussen. In den Tropen beispielsweise spiegelt der Deuteriumüberschuss am deutlichsten saisonale Änderungen der Luftfeuchtigkeit und die Verdunstung von Regentropfen wider, wenn sie durch die Luft fallen. In den mittleren Breiten ist der Deuteriumüberschuss hauptsächlich an die klimatischen Bedingungen über den Ozeanen gebunden, wo sich zuerst Wolken bilden, obwohl diese Ozeansignale modifiziert werden, wenn sich Wolken landeinwärts über Kontinente bewegen.

„Es gibt mehrere Prozesse, die den Deuteriumüberschuss des Regens beeinflussen können, und diese wurden gut erkannt, haben aber vielleicht auch die Forschungsgemeinschaft verwirrt“, sagt Xia. „Unsere Studie kombinierte Datenanalyse und einfache Modellierung, um diese komplexen Kontrollen auf globaler Ebene auseinander zu nehmen und eine wichtige Wissenslücke zu schließen.“

„Meine Hoffnung“, sagt Winnick, „ist, dass unsere Erkenntnisse genutzt werden, um die gesamte Geschichte eines Regentropfens besser zu verfolgen, von der ersten Verdunstung aus dem Ozean bis zu dem Fall, an dem er an Land fällt, in einen Fluss rinnt und dann zurückfließt der Ozean.“