Phương pháp mới phát hiện nguồn gốc mêtan

Nhóm các nhà nghiên cứu do Viện công nghệ Massachusetts, Hoa Kỳ dẫn đầu, đã đưa ra công cụ phân tích nhanh và chính xác các mẫu mêtan để xác định cách chúng được hình thành. Đột phá này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn vai trò của khí mêtan trong việc góp phần gây nóng lên toàn cầu.

Mêtan xếp thứ hai chỉ sau CO₂ về khả năng bẫy nhiệt trong khí quyển trong thời gian dài và được thải ra từ nhiều nguồn khác nhau như ao hồ, vật nuôi và các đường ống dẫn khí thiên nhiên.

Nghiên cứu mới nhằm mục tiêu xác định nguồn nào trong 2 nguồn phổ biến thải ra mọi mẫu khí mêtan. Cụ thể là nguồn sinh nhiệt (do sự phân hủy ở nhiệt độ cao chất hữu cơ sâu dưới lòng đất) hoặc nguồn vi khuẩn (sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của vi sinh vật sống trong ruột động vật).

Phương pháp mới gọi là quang phổ hấp thụ trực tiếp laser hồng ngoại điều hướng được thiết kế để phát hiện tỷ lệ đồng vị mêtan trong các mẫu. Các phân tử mêtan bao gồm 4 nguyên tử hydro kết hợp với 1 nguyên tử cácbon và có thể là đồng vị cácbon-12 hoặc cácbon-13. Hydro trong phân tử cũng được phát hiện ở 2 dạng, một là deuterium - đồng vị với 1 nơtron.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã tập trung phát hiện các phân tử chứa cả nguyên tử các-bon lẫn nguyên tử deuterium và tin rằng phân tử hiếm hoi này là dấu hiệu về nhiệt độ hình thành mêtan, chỉ số quan trọng về nguồn gốc của phân tử này.

Để phát hiện phân tử mêtan, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một công cụ sử dụng quang phổ hồng ngoại để phát hiện tần số cụ thể tương ứng với chuyển động bên trong các phân tử mêtan, làm nổi bật các đồng vị khác nhau. Phương pháp di động này cho phép triển khai tại hiện trường.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp mới để nghiên cứu các mẫu vật được thu gom từ nhiều địa điểm khác nhau bao gồm nước ngầm thời cổ đại, bể khí tự nhiên và đường ruột của bò. Các kết quả đã thể hiện mâu thuẫn trong lý thuyết về mối liên hệ giữa mêtan hiếm được thay thế gấp đôi đồng vị với một tập hợp các kết quả tính toán mẫu thu gom từ dạ dày bò được hình thành ở mức nhiệt 400ºC.

Đánh giá lại dữ liệu dẫn đến sự xuất hiện một lý thuyết mới, kết nối đặc tính của các liên kết giữa những nguyên tử các bon và hydro trong phân tử được nhóm nghiên cứu gọi là “tạo cụm” với tốc độ sản sinh mêtan. David Wang, một trong các tác giả nghiên cứu cho biết: Ruột bò sản sinh khí mêtan với tốc độ rất cao lên đến 500 lít/ngày/con. Mức độ tạo cụm của các đồng vị các-bon và hydro đang được đo đạc để đưa ra ý tưởng về phương thức hình thành mêtan.

Nghiên cứu tiếp theo đã ủng hộ lý thuyết cho rằng liên kết càng tạo cụm nhiều thì phân tử càng được hình thành chậm hơn. Điều này sẽ cho phép nhóm nghiên cứu suy ra mối liên hệ giữa loại đồng vị được phát hiện - các liên kết của nó thể hiện mức độ tạo cụm khác nhau - với tốc độ sản sinh và nguồn gốc của các mẫu cụ thể.