NASA-forskaren Tom Hanisco tänkte bygga ett instrument som kan mäta en kortlivad kemikalie som renar atmosfären från metan – en potent växthusgas – men fann istället att hans upptäckt överglänste de bästa kommersiella instrumenten för att mäta omgivande nivåer av ozon.

Hans slumpmässiga upptäckt har lett till att en patentansökan lämnats in för ett instrument som han kallar Rapid Ozone Experiment, eller ROZE, och en kaj ombord på ett NASA forskningsflygplan, som kommer att genomföra en skogsbrandrelaterad fältkampanj i sommar.

"Forskning och utveckling är aldrig bortkastade, sa Hanisco, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "När vi startade detta utvecklingsarbete, ozon var det som var längst bort från våra sinnen."

Bra och dåligt ozon

Medan stratosfäriskt ozon skyddar liv från skadlig ultraviolett strålning, när det är i troposfären förvärrar det luftvägssjukdomar som dödar hundratusentals människor varje år. Troposfäriskt ozon skapas av kemiska reaktioner mellan kväveoxider och flyktiga organiska föreningar. Detta händer när föroreningar som släpps ut av bilar, kraftverk, industripannor och andra källor reagerar kemiskt i närvaro av solljus.

Som ett resultat, U.S. Environmental Protection Agency reglerar ozonnivåer på ytan och straffar städer som överskrider accepterade nivåer.

ROZE Vital för att förstå stadsluftens kvalitet

ROZE, som Hanisco tror att forskare kan använda för att bestämma hur mycket ozon som avsätts på marknivå, är en version av ett prototypinstrument som han ursprungligen utvecklade för att mäta hydroxyl, eller OH.

Även om det är kortlivat och mycket reaktivt, OH är naturens rengöringsmedel:det renar atmosfären från metan, en förödande kraftfull växthusgas som är effektivare än koldioxid på att absorbera värme.

För att bättre mäta hydroxyl, Hanisco inkorporerade en beprövad mätteknik som kallas gasfilterkorrelationsspektroskopi. Haniscos idé var att fylla en hålighet med hydroxyl producerad av hans prototypinstrument. När den väl är fylld, hydroxylen skulle blockera allt ljus vid våglängder som absorberas av hydroxyl. När han stängde av hålrummet för att förhindra hydroxyl från att fylla det, instrumentet skulle då mäta allt ljus som påverkas av hydroxyl. Skillnaden mellan de två mätningarna skulle vara proportionell mot mängden hydroxyl i en kolonn.

Vid testning, dock, teamet stötte på svårigheter när de försökte producera hydroxyl. Ett luftläckage producerade ozon, som består av tre syreatomer. "Ozon störde, men vi gjorde några snabba siffror för att se hur mycket ozon vi faktiskt kunde se. Som det blev, instrumentet var överkänsligt för denna molekyl, sa Hanisco.

Med lite justeringar, Hanisco och hans kollega, Reem Hannun, kunde förbättra instrumentets känslighet för ozon. Enligt Hanisco, ROZE är 100 gånger mer exakt än det bästa kommersiellt tillverkade optiska instrumentet, Hanisco sa, och tillägger att hans instrument är lätt att bygga och relativt billigt.

Patent inlämnat; Flygplanskampanj på horisonten

Hanisco har lämnat in en patentansökan och planerar nu att flyga instrumentet på en flygplanskampanj som heter FIREX-AQ, förkortning för brandpåverkan på regionala till globala miljöer Experiment-Air Quality. Kampanjen, ska genomföras ombord på ett DC-8 flygplan i juli-augusti, kommer att mäta spårgaser och aerosolutsläpp orsakade av skogsbränder i västra USA och jordbruksbränder i sydöstra USA. Även om testning av ozonmätningar inte är ett fokus för FIREX-AQ, flygmöjligheten ger Hanisco och hans team en chans att operera ROZE under flygförhållanden.

ROZE har redan skapat intresse bland forskare vid myndigheter och universitet. På grund av dess höga känslighet och snabba samplingshastigheter, de tror att det kan fylla en viktig nisch för att förstå ozonbudgeten. Nuvarande ozoninstrument är effektiva för att mäta övergripande bakgrundsnivåer, men är inte skickliga på att avslöja hur mycket som deponeras på jordens yta.

Att ha en bättre förståelse för ozonbudgeten är viktigt för kommuner och stater, särskilt om ett område inte uppnås och straffas. "EPA har modeller som kan förutsäga hur mycket ozon som kommer att bildas, ", sa Hannun. "Men de här modellerna vet inte riktigt hur snabbt det deponeras. Om vi ​​inte känner till kursen, vi kan inte exakt modellera hur ozon rör sig från ett område till ett annat, eller hur länge den kommer att sitta kvar när den väl har bildats."

När det gäller att skapa ett instrument som är känsligt för hydroxyl, Hanisco har inte gett upp. Han lämnade in ett patent för det konceptet, för, och planerar att vidareutveckla tekniken. "Även om du inte vinner, i slutändan vinner du. Det var verkligen fallet här, sa Hanisco.