చివరి హిమయుగ ఉచ్ఛస్థితిలో ధూళి ప్రేరేపిత క్లోరిన్ రసాయన శాస్త్రం మీథేన్ జీవితకాలాన్ని తగ్గించింది

హిమయుగ మీథేన్ పజిల్లో కొత్త మలుపు

చివరి హిమయుగ ఉచ్ఛస్థితి నేటి ప్రపంచం కంటే చల్లగా, పొడిగా, ధూళితో నిండిన ప్రపంచం. ఖండాలపై మంచు పలకలు విస్తరించాయి, సముద్ర మట్టాలు చాలా తక్కువగా ఉన్నాయి, బయటపడిన భూభాగాల నుండి భారీ మొత్తంలో ఖనిజ ధూళి పైకి లేచి వాతావరణం గుండా ప్రయాణించింది. Science (సంపుటి 393, సంచిక 6817)లో ప్రచురితమైన ఒక అధ్యయనం ప్రకారం, ఆ ధూళి సూర్యకాంతిని మసకబార్చడం, మంచుపై స్థిరపడటం మాత్రమే చేయలేదు: అది క్లోరిన్ రసాయన శాస్త్రానికి ఇంధనం అందించి మీథేన్ వాతావరణ జీవితకాలాన్ని తగ్గించడంలో సహాయపడింది.

ఈ ఆవిష్కరణ ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే ఇది పాలియోక్లైమేట్ పరిశోధనలోని దీర్ఘకాలిక ఊహను సవాలు చేస్తుంది. గత వాతావరణాలలో ధూళిని సాధారణంగా ఎక్కువగా భౌతిక మరియు వికిరణ కారకంగా పరిగణించారు — సూర్యకాంతిని చెదరగొట్టేది, మేఘాలకు బీజం వేసేది, మంచు మరియు అవక్షేప నమోదులలో ముద్ర వదిలేది. కొత్త పని ధూళి రసాయన పాత్రను కూడా పోషించిందని సూచిస్తుంది; అది ఒక శక్తివంతమైన గ్రీన్హౌస్ వాయువు గాలి నుండి ఎంత వేగంగా తొలగించబడిందో మార్చింది.

మీథేన్ జీవితకాలం ఎందుకు పెద్ద విషయం

మీథేన్ ఒక శక్తివంతమైన గ్రీన్హౌస్ వాయువు; అణువు అణువుకు, స్వల్ప కాలవ్యవధిలో కార్బన్ డయాక్సైడ్ కంటే చాలా ఎక్కువ సమర్థవంతంగా వేడిని నిలిపివేస్తుంది. కానీ వాతావరణంపై దాని ప్రభావం రెండు విషయాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది: ఎంత విడుదలవుతుంది, మరియు ప్రతి అణువు నాశనం కావడానికి ముందు ఎంత కాలం జీవిస్తుంది. ఆ రెండవ సంఖ్య — వాతావరణ జీవితకాలం — వాతావరణ వ్యవస్థలో ఒక కీలకమైన నియంత్రణ.

వాతావరణ ప్రమాణాల ప్రకారం, మీథేన్ జీవితకాలం స్వల్పం. ఇది శతాబ్దాలలో కాకుండా సంవత్సరాలలో కొలుస్తారు, అంటే ఈ వాయువు తన చుట్టూ ఉన్న రసాయన వాతావరణంలోని మార్పులకు వేగంగా స్పందిస్తుంది. ప్రధాన సింక్ హైడ్రాక్సిల్ రాడికల్స్ ద్వారా ఆక్సీకరణ; ఇవి వాతావరణపు ప్రధాన శుద్ధి కారకం. క్లోరిన్ పరమాణువులు కూడా మీథేన్పై దాడి చేస్తాయి, కానీ ఆధునిక వాతావరణంలో అవి మొత్తం నష్టంలో చిన్న వాటాను మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి.

ఈ పత్రం యొక్క కేంద్ర వాదన ఏమిటంటే, చివరి హిమయుగ ఉచ్ఛస్థితిలో ఈ సమతుల్యత మారింది. హిమయుగ పరిస్థితులలో, పరిశోధకులు నివేదించినట్లు, మీథేన్ జీవితకాలం తగ్గింది — కుదించబడింది — మరియు ధూళి మధ్యవర్తిత్వ క్లోరిన్ రసాయన శాస్త్రం దీనికి కారణంగా గుర్తించబడింది.

ధూళి ఎలా రసాయన రియాక్టర్గా మారగలదు

ఈ ఆలోచన గ్యాస్-ఫేజ్ రసాయన శాస్త్రం మరియు ఉపరితలాలపై జరిగే రసాయన శాస్త్రం మధ్య వ్యత్యాసంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. బహిరంగ గాలిలో నెమ్మదిగా లేదా అసలు జరగని అనేక వాతావరణ ప్రతిచర్యలు, ప్రతిచర్య కారకాలు ఒక కణం ఉపరితలంపై కలిసినప్పుడు వేగవంతం కావచ్చు. ధూళి సరిగ్గా అలాంటి ఇంటర్ఫేస్ను అందిస్తుంది: వాతావరణంలో నిలిచి ఉన్న ఖనిజ ఉపరితలం యొక్క భారీ, విస్తృతంగా పంపిణీ చేయబడిన ప్రాంతం.

నిష్క్రియ ప్రయాణికుడి నుండి క్రియాశీల భాగస్వామి వరకు

క్లోరిన్-కలిగిన సమ్మేళనాలు ధూళి ఉపరితలాలపై మరింత ప్రతిచర్యాత్మక రూపాలుగా మారగలిగితే, మరింత ధూళితో నిండిన వాతావరణం మీథేన్ను విచ్ఛిన్నం చేయగల క్లోరిన్ జాతులను ఎక్కువగా ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అధ్యయనం సూచించే యంత్రాంగం అదే. వాస్తవానికి, హిమయుగ వాతావరణం తన స్వంత పంపిణీ చేయబడిన రసాయన రియాక్టర్ను మోసుకెళ్లి ఉండవచ్చు; ధూళి భారం పెరిగే కొద్దీ అది మరింత ప్రభావవంతంగా మారింది.

ఇది చట్రంలో అర్థవంతమైన మార్పు. సూర్యకాంతిని ప్రతిబింబించడం ద్వారా ధూళి గ్రహాన్ని ఎంత చల్లబరిచింది అని మాత్రమే అడగడం కాకుండా, తన ఉపరితలాలపై ప్రతిచర్యలను వేగవంతం చేయడం ద్వారా ధూళి వాతావరణ కూర్పును ఎంత మార్చింది అని కూడా పరిశోధకులు అడగాల్సి ఉంటుంది. ఈ రెండు ప్రభావాలు వాతావరణ వ్యవస్థలో వేర్వేరు ప్రదేశాలలో పనిచేస్తాయి, మరియు వాటిని వేరు చేయాల్సి ఉంటుంది.

ఐస్ కోర్లు పరీక్షా క్షేత్రంగా

ప్రాచీన మీథేన్కు సాక్ష్యం ఎక్కువగా ధ్రువ మంచులో చిక్కుకున్న గాలి బుడగల నుండి వస్తుంది. మంచు గడ్డకట్టి మంచుగా మారుతున్నప్పుడు, చుట్టుపక్కల వాతావరణంలోని చిన్న జేబులు లోపల మూసివేయబడతాయి, ఆ యుగం నాటి గాలి నమూనాను భద్రపరుస్తాయి. ఈ నిక్షేపాలు హిమయుగ చక్రాలలో మీథేన్ సాంద్రతలు ఎలా పెరిగాయి, తగ్గాయి అనే దానిపై శాస్త్రవేత్తలకు వివరమైన చిత్రాన్ని అందించాయి.

కానీ సాంద్రతలు మాత్రమే అవి ఎందుకు మారాయో వెల్లడించవు. తక్కువ మీథేన్ స్థాయి అంటే తక్కువ మూలాలు — ఉదాహరణకు చిత్తడి నేలలు తక్కువ ఉత్పత్తి చేయడం — లేదా వాయువు గాలిలోకి వచ్చిన తర్వాత వేగవంతమైన నాశనం అని అర్థం కావచ్చు. ఆ అవకాశాలను వేరు చేయడానికి రసాయన శాస్త్రం అవసరం, అక్కడే కొత్త యంత్రాంగం సంబంధితమవుతుంది. హిమయుగ వాతావరణం గతంలో భావించిన దానికంటే మీథేన్ను మరింత సమర్థవంతంగా నాశనం చేసి ఉంటే, ఐస్-కోర్ సాంద్రతల నుండి తీసుకోబడిన గత ఉద్గారాల అంచనాలను పైకి సవరించాల్సి ఉంటుంది.

ఈ ఆవిష్కరణ నిలిచినట్లయితే ఏమి మారుతుంది

• మూల అంచనాలు మారుతాయి. తక్కువ జీవితకాలం అంటే మంచులో నమోదైన సాంద్రతలను నిలబెట్టుకోవడానికి ప్రాచీన మీథేన్ మూలాలు మరింత కష్టపడాల్సి వచ్చిందని అర్థం; ఇది చిత్తడి నేలల విస్తృతి, శాశ్వత మంచు ఉద్గారాలు లేదా ఇతర సహజ మూలాల పునర్నిర్మాణాలను సవరించవచ్చు.
• ధూళి ఒక రసాయన చరరాశిగా మారుతుంది. ధూళిని పూర్తిగా వికిరణ లేదా నిక్షేపణ కారకంగా పరిగణించే వాతావరణ మరియు రసాయన నమూనాలు వాతావరణ ఆక్సీకరణ కారకాల ద్వారా పనిచేసే ఒక ఫీడ్బ్యాక్ను కోల్పోతున్నాయి.
• హిమయుగ-అంతర హిమయుగ పరివర్తనలకు కొత్త కోణం. ప్రపంచం చివరి హిమయుగం నుండి బయటపడుతున్నప్పుడు, ధూళి భారం తీవ్రంగా తగ్గింది. అదే సమయంలో ధూళి ప్రేరేపిత క్లోరిన్ రసాయన శాస్త్రం బలహీనపడి ఉంటే, మీథేన్ జీవితకాలం పొడిగించబడి ఉండేది, ఐస్ కోర్లలో నమోదైన వాతావరణ మీథేన్ పెరుగుదలకు ఒక రసాయన విస్తరణ కారకాన్ని జోడిస్తుంది.
• నమూనా బెంచ్మార్కింగ్ కఠినమవుతుంది. మీథేన్ జీవితకాలాన్ని మార్చే ఏ యంత్రాంగమైనా, అనుకరణలు ప్రాచీన వాతావరణం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను మాత్రమే కాకుండా దాని కూర్పును కూడా పునరుత్పత్తి చేయగలవా అనే దానికి కొత్త పరీక్షను అందిస్తుంది.

తెరిచి ఉన్న ప్రశ్నలు

గాఢమైన గతం యొక్క ఒక లక్షణాన్ని వివరించడానికి ప్రతిపాదించిన ఏ యంత్రాంగంలాగానే, ఈ ప్రతిపాదన కూడా పరిశీలనను ఆహ్వానిస్తుంది. ముఖ్య ప్రశ్నలు పరిమాణాత్మకమైనవి: ధూళి వాస్తవికంగా ఎంత ప్రతిచర్యాత్మక క్లోరిన్ను ఉత్పత్తి చేయగలదు, మరియు ఏ ప్రాంతాలలో, ఏ ఋతువులలో? ధూళి సమానంగా పంపిణీ కాదు, మరియు అత్యంత ముఖ్యమైన రసాయన శాస్త్రం నిర్దిష్ట వాతావరణాలలో కేంద్రీకృతమై ఉండవచ్చు — ప్రధాన ధూళి మూలాల క్రింద గాలి దిశలో, లేదా కణాలు తమ మూలాల నుండి దూరంగా ప్రయాణించే ఎగువ ట్రోపోస్పియర్లో.

పోటీ ప్రభావాల విషయం కూడా ఉంది. ధూళి వికిరణం, మేఘ నిర్మాణం, మరియు పర్యావరణ వ్యవస్థలకు పోషకాల పంపిణీని ప్రభావితం చేస్తుంది, మరియు వాటిలో ప్రతి ఒక్కటి పరోక్ష మార్గాలలో మీథేన్ను ప్రభావితం చేయగలదు. ఆ అతివ్యాప్తి ప్రభావాల నుండి ఉపరితల-రసాయన సంకేతాన్ని వేరు చేయడం ఒక పెద్ద విశ్లేషణాత్మక సవాలు, మరియు దీనికి వాతావరణ రసాయన శాస్త్రవేత్తలు, ఐస్-కోర్ శాస్త్రవేత్తలు, మరియు వాతావరణ నమూనా రూపకర్తల మధ్య సమన్వయం అవసరం.

పెద్ద చిత్రం

ఈ ఫలితాన్ని గమనార్హంగా చేసేది ఏమిటంటే, వాతావరణం వాయువులకు నిష్క్రియ కంటైనర్ కాదు, ఒక జంట రసాయన వ్యవస్థ అని ఇది గుర్తు చేస్తుంది. గాలిలో నిలిచి ఉన్న వాటిలో — ఏరోసోల్స్, ధూళి, ప్రతిచర్యాత్మక హాలోజన్లు — చిన్న మార్పులు గ్రీన్హౌస్ వాయువులు ఎంత కాలం నిలిచి ఉంటాయో, అందువల్ల అవి గ్రహాన్ని ఎంత బలంగా వేడి చేస్తాయో మార్చగలవు. హిమయుగ చక్రాల కాలవ్యవధిలో, ఆ జంటత్వం వాతావరణం యొక్క కూర్పును రూపొందించగలంత బలంగా ఉండి ఉండవచ్చు.

ఇప్పుడు మీథేన్ సాంద్రతలు పెరగడాన్ని గమనిస్తున్న ప్రపంచానికి, ఈ అధ్యయనం విస్తృత పాఠాన్ని కూడా అందిస్తుంది: మీథేన్ను అర్థం చేసుకోవడం అంటే దాని మూలాలను జాగ్రత్తగా అర్థం చేసుకున్నట్లే దాని సింక్లను కూడా అర్థం చేసుకోవడం. వాతావరణం నుండి ఒక వాయువును తొలగించే రసాయన శాస్త్రం, దానిని అక్కడ ఉంచే ఉద్గారాలంతటి వాతావరణ కథలో భాగం — ఇరవై వేల సంవత్సరాల క్రితం ధూళితో నిండిన ఆకాశాలకూ, నేటి వాతావరణానికీ ఈ సూత్రం వర్తిస్తుంది.

ఈ వ్యాసం Science (AAAS) నివేదనపై ఆధారపడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.