Två tredjedelar av jordens yta är täckt av vatten - och två tredjedelar av jordens atmosfär ligger över haven, långt från land och de traditionella sätten som människor mäter gaser och föroreningar som kretsar genom luften och runt om i världen. Medan satelliter i rymden som mäter de stora gaserna kan stänga en del av det gapet, det krävs ett flygplan för att ta reda på vad som verkligen händer i luftens kemi ovanför haven. Det är där NASA:s Atmospheric Tomography (ATom) -uppdrag kommer in.

Sedan 2016 har ett team av forskare med 25 avancerade instrument ombord på NASA:s DC-8-forskningsflygplan har provtagit över 400 olika gaser och ett brett utbud av luftburna partiklar på månadslånga utflykter från Alaska ner i Stilla havet till Nya Zeeland, sedan över till Sydamerika och upp till Atlanten till Grönland, och över Ishavet. Långt från land, Atmosfären ovanför havet är var man hittar den renaste luften på planeten - åtminstone i teorin. Under tre distributioner, och med sin fjärde och sista vandring som börjar i slutet av april, laget har hittat överraskande halter av föroreningar ovanför Stilla havet, Atlanten och Arktiska oceanerna.

"Det är häpnadsväckande att se en så tät förorening mitt i havet, så långt från källregionerna, "sa AToms huvudutredare Steve Wofsy från Harvard University, påminner om deras flygning upp i mitten av Atlanten och deras stopp vid Ascension Island halvvägs mellan Afrika och Sydamerika, strax söder om ekvatorn.

"När vi steg ner första gången, vi var bedövade när vi befann oss i en tjock dis av rök och damm som har sitt ursprung i Afrika, tusentals kilometer österut. Diset hade en otrevlig gulbrun nyans och var så tjock att vi inte kunde se havet. Alla de hundratals förorenande kemikalier vi mäter hade mycket höga mängder. Vid varje återbesök sedan den första, vi har hittat en liknande pall som sträcker sig i tusentals kilometer, som sträcker sig över hela det tropiska Atlanten, " han sa.

Datormodeller som simulerar rörelsen av de stora gaserna som kolmonoxid, skapad av ofullständig förbränning från bränder, är ett av verktygen som används av ATom -teamet för att få en uppfattning om vad de kan se på varje del av sin flygning. Det är också ett av verktygen de utvärderar.

"En av de stora sakerna med ATom är att visa hur bra modellen i allmänhet fungerar, "sa Paul Newman, chefsvetare för jordvetenskap vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Modellen kombinerar väderprognoser med känd atmosfärisk kemi för att berätta för dem var och när en föroreningsplume kommer att korsa flygvägen. "Men det saknar mycket detaljer. Det ger dig en förståelse för var grejerna kommer ifrån, och det gör att du kan förfina din vetenskap. Så vi är inte där ute och upptäcker okända länder, men det är liksom, Jag har en karta över Iowa, och jag kör runt där, och den kartan är förmodligen beroende på hur gammal den är, 95 procent rätt. Det är 5 procent fel som är intressant. "

En av de intressanta avvikelserna inträffade över Arktis, enligt atmosfärisk forskare och ATom -teamforskare Róisín Commane vid Columbia University i New York City. "En av de största föroreningar som vi sett har inte förutsetts av modellerna, som kom från bränder i Sibirien. Så ATom har gett oss en ögonblicksbild av vad vi kan sakna, " Hon sa.

Att spåra plymer är bara det första steget. Nästa är att få en bättre förståelse för hur de förändras när de dröjer över havet. Till exempel, kolväten från rökrök reagerar i solljus med andra gaser för att bilda ozon, en växthusgas och luftförorening mest känd som huvudingrediensen i stadsmog. Instrumenten ombord på DC-8 kan detektera både ozon i sig själv och alla gaser som producerar ozon genom kemiska reaktioner. Detta innebär att förutom att spåra ozon i plymer från land, ATom -teamet kan också bestämma hur mycket som produceras från andra gaser över havet.

Stilla havets centrum är mycket längre från land än Atlanten. Där, ATom observerade generellt låga ozonnivåer, men produktionen av nytt ozon över havet baserat på den uppmätta uppsättningen ingrediensgaser var högre än modellerna förutspådde.

"Detta innebär att det avlägsna Stilla havet är en större källa till troposfäriskt ozon än vi tidigare förstått, "sade AToms biträdande projektforskare Michael Prather vid University of California, Irvine. "Det är ett preliminärt resultat, och vi har ännu inte analyserat om denna producerade ozon är naturlig eller relaterad till föroreningar, men det betyder att vi måste tänka om vad vi tror om hur mycket ozon som produceras över de avlägsna haven, och vad det betyder för klimatet och våra ansträngningar att minska ozonföroreningar på land. "

TToms slutliga distribution kommer att äga rum i vår. Med de atmosfäriska data de har samlat in under flygningar från varje säsong av året, vetenskapsteamet kommer att fortsätta analysera data och förbättra de atmosfäriska modellerna som hjälper oss att förstå vår hemplanet.

ATom finansieras av NASA:s Earth Venture -program och hanteras av Earth Science Project Office vid NASA:s Ames Research Center i Silicon Valley. Forskningsflygplanet DC-8 hanteras av NASA:s Armstrong Flight Research Center i byggnad 703 i Palmdale, Kalifornien. Ett team på över 100 personer - forskare, ingenjörer, flygbesättning och personal - över myndigheter och universitet stöder uppdraget både i luften och från marken.