Los investigadores han demostrado que un nuevo espectrómetro de infrarrojo medio puede medir con precisión las proporciones de diferentes formas de agua, conocidas como isotopólogos, en el vapor de agua atmosférico a través del aire libre en poco más de 15 minutos. Las proporciones de isotopólogos, que pueden verse afectadas por la evaporación del agua terrestre y la transpiración de las plantas, se utilizan para desarrollar modelos de cambio climático y comprender cómo se transporta el agua a nivel mundial en la atmósfera.

"La detección de trayectoria abierta con peines de doble frecuencia puede hacer que la detección de isotopólogos del vapor de agua atmosférico sea más simple y más fácil de aplicar en entornos remotos. Una red más amplia de mediciones de isotopólogos contribuirá a mejorar el modelado meteorológico numérico. Las trayectorias de haz largas que se pueden lograr con la técnica de doble peine permitirá estudios espacialmente resueltos del transporte de vapor de agua en ecosistemas naturales, así como en ecosistemas creados por humanos (p. ej., granjas)", explicó el investigador Daniel Herman, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). "Las futuras mediciones de columna vertical con peines también podrían mejorar los procedimientos de calibración para la medición de isotopólogos mediante satélites. Además, la detección de vapor de agua con peines dobles también puede complementar otras aplicaciones emergentes de calidad del aire de la espectroscopia de infrarrojo medio de banda ancha".

Daniel Herman del NIST presentará los nuevos hallazgos en la Optica Congreso de Imágenes y Óptica Aplicada, del 11 al 15 de julio de 2022. La charla de Herman está programada para el 11 de julio de 2022 a las 11:45 a. m. PDT.

Hoy en día, los científicos confían en redes de sensores puntuales para analizar isotopólogos en el vapor de agua atmosférico. Aunque estas redes se están expandiendo, requieren una calibración cuidadosa para mantener la precisión a lo largo del tiempo y entre sitios. La detección de vapor de agua en un camino al aire libre puede eliminar la necesidad de calibración y facilitar la captura de evaporación a gran escala sobre embalses o cuencas hidrográficas enteras.

Sin embargo, la detección precisa de múltiples isotopólogos de vapor de agua en el aire requiere un espectrómetro de infrarrojo medio con alta resolución espectral, alta precisión y velocidades de medición rápidas. Para lograr esto, Herman y sus colegas desarrollaron un nuevo espectrómetro de doble peine (DCS) de infrarrojo medio de camino abierto que utiliza pulsos de láser de femtosegundos de infrarrojo cercano y guías de ondas especialmente diseñadas para crear pulsos de infrarrojo medio de banda ancha en un paquete compacto.

Los investigadores probaron el nuevo instrumento usándolo para tomar medidas en un camino de 760 metros en el Observatorio Atmosférico de Platteville en Colorado. Descubrieron que el instrumento podía funcionar en el campo durante semanas seguidas sin necesidad de intervención. Esto les permitió adquirir varios meses de datos durante una variedad de condiciones climáticas y temperaturas.

Las mediciones obtenidas con el DCS se correlacionaron bien con las adquiridas con una red de sensores puntuales, lo que muestra el potencial del DCS de trayectoria abierta para caracterizar el vapor de agua atmosférico.

Herman adds that "in order to expand isotopologue measurement networks, we are working to improve the accuracy of our technique by analyzing systematics in the detection setup. The sensitivity of the technique can be improved by using higher power combs to enable longer paths. Also, balanced detection technology will be implemented in the future to decrease technical noise." + Explora más

Un solo láser produce pulsos de femtosegundos de doble peine de alta potencia