Blixtar bryter isär kväve- och syremolekyler i atmosfären och skapar reaktiva kemikalier som påverkar växthusgaser. Nu, ett team av atmosfärskemister och blixtforskare har funnit att blixtar och, förvånande, undersynliga urladdningar som inte kan ses av kameror eller med blotta ögat producerar extrema mängder av hydroxylradikalen—OH—och hydroperoxylradikalen—HO ₂ .

Hydroxylradikalen är viktig i atmosfären eftersom den initierar kemiska reaktioner och bryter ner molekyler som växthusgasen metan. OH är den främsta drivkraften för många sammansättningsförändringar i atmosfären.

"Initialt, vi tittade på dessa enorma OH och HO ₂ signaler hittade i molnen och frågade, vad är det för fel på vårt instrument?" sa William H. Brune, framstående professor i meteorologi vid Penn State. "Vi antog att det fanns ljud i instrumentet, så vi tog bort de enorma signalerna från datamängden och lade dem på hyllan för senare studier."

Uppgifterna kom från ett instrument på ett plan som flögs ovanför Colorado och Oklahoma 2012 och tittade på de kemiska förändringarna som åskväder och blixtar gör i atmosfären.

Men för några år sedan, Brune tog data från hyllan, såg att signalerna verkligen var hydroxyl och hydroperoxyl, och arbetade sedan med en doktorand och forskarassistent för att se om dessa signaler kunde produceras av gnistor och undersynliga urladdningar i laboratoriet. Sedan gjorde de en omanalys av datamängden åskström och blixtar.

"Med hjälp av en fantastisk praktikant, sa Brune, "vi kunde koppla de enorma signalerna som setts av vårt instrument som flyger genom åskmolnen till blixtmätningarna från marken."

Forskarna rapporterar sina resultat online idag (29 april) i Vetenskap Första släppet och Journal of Geophysical Research—Atmospheres .

Brune noterar att flygplan undviker att flyga genom de snabbt stigande kärnorna av åskväder eftersom det är farligt, men kan prova städet, den övre delen av molnet som sprider sig utåt i vindens riktning. Synlig blixt inträffar i den del av städet nära åskvädrets kärna.

"Genom historien, människor var bara intresserade av blixtar på grund av vad de kunde göra på marken, ", sa Brune. "Nu finns det ett ökande intresse för de svagare elektriska urladdningarna i åskväder som leder till blixtar."

De flesta blixtar slår aldrig ner i marken, och blixten som stannar i molnen är särskilt viktig för att påverka ozon, och viktig växthusgas, i den övre atmosfären. Det var känt att blixtar kan dela vatten för att bilda hydroxyl och hydroperoxyl, men denna process hade aldrig tidigare observerats i åskväder.

Det som förvirrade Brunes team till en början var att deras instrument registrerade höga nivåer av hydroxyl och hydroperoxyl i områden av molnet där det inte fanns några blixtar synliga från flygplanet eller marken. Experiment i labbet visade att svag elektrisk ström, mycket mindre energisk än synliga blixtar, skulle kunna producera samma komponenter.

Medan forskarna fann hydroxyl och hydroperoxyl i områden med undersynliga blixtar, de hittade få tecken på ozon och inga tecken på kväveoxid, som kräver synliga blixtar för att bildas. Om undersynlig blixt inträffar rutinmässigt, då måste hydroxylen och hydroperoxylen som dessa elektriska händelser skapar inkluderas i atmosfäriska modeller. För närvarande, de är inte.

Enligt forskarna, "Blixgenererad OH (hydroxyl) i alla stormar som inträffar globalt kan vara ansvarig för en mycket osäker men betydande 2% till 16% av den globala atmosfäriska OH-oxidationen."

"Dessa resultat är mycket osäkra, delvis för att vi inte vet hur dessa mätningar gäller för resten av världen, ", sa Brune. "Vi flög bara över Colorado och Oklahoma. De flesta åskväder förekommer i tropikerna. Hela strukturen av högslätterstormar är annorlunda än de i tropikerna. Det är klart att vi behöver fler flygplansmätningar för att minska denna osäkerhet."