Erupcja Hunga Tonga-Hunga Ha’apai w 2022 r. była jednym z najpotężniejszych wydarzeń geologicznych ery nowożytnej. Zazwyczaj na erupcje wulkanów patrzy się przez pryzmat zniszczenia: uwalniają one do stratosfery chmury popiołu i toksycznych gazów. Jednak to szczególne wydarzenie doprowadziło do nieoczekiwanego odkrycia naukowego. Naukowcy odkryli naturalny proces chemiczny zachodzący w oparach wulkanu, który szybko niszczy metan – silny gaz cieplarniany. To odkrycie nie tylko zmienia nasze rozumienie chemii atmosfery, ale także służy jako dowód koncepcji dla przyszłych technologii mających na celu oczyszczanie atmosfery.
Nieoczekiwana reakcja chemiczna
Od dziesięcioleci naukowcy wiedzą, że wulkany podczas erupcji uwalniają metan. Nie zdawali sobie jednak sprawy, że sama erupcja może działać jako katalizator rozkładu tego samego metanu. Kluczem do tego odkrycia był związek zwany formaldehydem.
W badaniu prowadzonym przez naukowca zajmującego się atmosferą Maartena van Gerpena z Acacia Impact Innovation BV naukowcy przeanalizowali dane satelitarne dotyczące erupcji Tonga. Odkryli nienormalnie wysokie stężenie formaldehydu w pióropuszu wulkanu. Formaldehyd jest krótkotrwałym produktem pośrednim powstającym podczas rozkładu metanu przez rodniki chloru. Jego obecność posłużyła jako „kurzy ślad”, wskazujący, że wysoko w atmosferze zachodziła szybka reakcja chemiczna.
„Wiadomo, że wulkany uwalniają metan podczas erupcji, ale do tej pory nie było wiadomo, że popiół wulkaniczny może również oczyścić część tych zanieczyszczeń” – wyjaśnia van Gerpen.
Jak działa ten proces
Mechanizm tego zjawiska opiera się na unikalnych składnikach obecnych podczas erupcji Tonga. Gdy wulkan wybuchł pod wodą, wyrzucił wodę morską, sól i cząstki mineralne wysoko do atmosfery, tworząc pióropusz, który osiągnął rekordową wysokość.
Kiedy światło słoneczne uderzyło w tę mieszaninę aerozoli solnych i gazów wulkanicznych, spowodowało powstanie reaktywnych rodników chloru. Chlor jest wysoce reaktywny, ponieważ ma niesparowany elektron, który zwykle jest stabilny. Kiedy te rodniki chloru napotykają metan, oddzielają atom wodoru, rozpoczynając reakcję łańcuchową, która niszczy cząsteczkę metanu. Formaldehyd jest krótkotrwałym produktem ubocznym tego procesu.
To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy zaobserwowali rozkład metanu pod wpływem chloru. W 2023 roku zespół van Gerpena zidentyfikował podobne procesy powodowane przez pył saharyjski i zawiesinę morską. Jednak erupcja Tonga była masowym i skoncentrowanym przykładem takiej reakcji zachodzącej w skali globalnej.
Skala i znaczenie
Chociaż odkrycie ma ogromne znaczenie naukowe, ważne jest zrozumienie jego zakresu. Pióropusz wulkanu nie wyeliminował całego produkowanego metanu. Naukowcy oszacowali, że utlenianie chloru niszczy około 900 ton metanu dziennie. W tym samym czasie wulkan wyemitował łącznie około 330 000 ton metanu.
Zatem wulkan nie „oczyścił” swoich własnych emisji; większość metanu pozostała w atmosferze. Badanie wykazało jednak, że proces oczyszczania atmosfery można obserwować, monitorować i określać ilościowo. Monitorując chmurę formaldehydu przez dziesięć dni dryfującą w kierunku Ameryki Południowej, naukowcy potwierdzili, że niszczenie metanu było ciągłe i mierzalne.
Implikacje dla technologii klimatycznej
Główna wartość tych badań polega na ich potencjalnym zastosowaniu do rozwiązań związanych ze sztucznym klimatem. Ponieważ poziom metanu wzrasta w wyniku działalności przemysłowej i rolnictwa, naukowcy aktywnie szukają sposobów na zmniejszenie jego stężenia w atmosferze. Erupcja Tonga pokazała, że usuwanie metanu za pomocą chloru jest fizycznie możliwe.
Chemik Matthew Johnson z Uniwersytetu w Kopenhadze zauważa, że choć odtworzenie tego naturalnego zjawiska do zastosowań przemysłowych jest oczywistym kolejnym krokiem, wymaga ono rygorystycznych testów pod kątem bezpieczeństwa i skuteczności.
„Nasza technika satelitarna może pomóc w ustaleniu, w jaki sposób ludzie mogą spowolnić globalne ocieplenie” – mówi Johnson.
Wniosek
Erupcja Hunga Tonga-Hunga Ha’apai zapewniła rzadkie laboratorium na dużą skalę do badań atmosfery. Chociaż samo wydarzenie nie zmniejszyło znacząco światowego poziomu metanu, potwierdziło, że istnieją naturalne mechanizmy rozkładu tego gazu cieplarnianego. To zrozumienie przenosi koncepcję bezpośredniego usuwania metanu atmosferycznego z chemii teoretycznej do obserwowalnej rzeczywistości, torując drogę przyszłym badaniom nad bezpiecznymi i skutecznymi technologiami łagodzenia zmiany klimatu.
