Pesquisadores mostraram que um novo espectrômetro de infravermelho médio pode medir com precisão as proporções de diferentes formas de água - conhecidas como isotopólogos - no vapor de água atmosférico através do ar livre em pouco mais de 15 minutos. As razões isotópicas, que podem ser afetadas pela evaporação da água terrestre e pela transpiração das plantas, são usadas para desenvolver modelos de mudança climática e entender como a água é transportada globalmente na atmosfera.
"O sensoriamento de caminho aberto usando pentes de frequência dupla pode tornar o sensoriamento de isotopólogo de vapor de água atmosférico mais simples e fácil de aplicar em ambientes remotos. Uma rede mais ampla de medições de isotopólogo contribuirá para melhorar a modelagem numérica do clima. permitirá estudos espacialmente resolvidos do transporte de vapor d'água em ecossistemas naturais, bem como os de engenharia humana (por exemplo, fazendas)", explicou o pesquisador Daniel Herman, Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). "Futuras medições de coluna vertical usando pentes também podem melhorar os procedimentos de calibração para medição de isotopologia usando satélites. Além disso, a detecção de vapor de água com pentes duplos também pode complementar outras aplicações emergentes de espectroscopia de infravermelho médio de banda larga."

Daniel Herman do NIST apresentará as novas descobertas na Optica Congresso de Imagem e Óptica Aplicada, 11 a 15 de julho de 2022. A palestra de Herman está agendada para 11 de julho de 2022, às 11h45 PDT.

Hoje, os cientistas contam com redes de sensores pontuais para analisar isotopólogos no vapor de água atmosférico. Embora essas redes estejam se expandindo, elas exigem uma calibração cuidadosa para manter a precisão ao longo do tempo e entre os locais. A detecção de vapor d'água em um caminho ao ar livre pode eliminar a necessidade de calibração e facilitar a captura de evaporação em grande escala acima de reservatórios ou em bacias hidrográficas inteiras.

No entanto, detectar com precisão vários isotopólogos de vapor de água no ar requer um espectrômetro de infravermelho médio com alta resolução espectral, alta precisão e taxas de medição rápidas. Para conseguir isso, Herman e seus colegas desenvolveram um novo espectrômetro de infravermelho médio de caminho aberto (DCS) que usa pulsos de laser de femtosegundo próximo ao infravermelho e guias de onda especialmente projetados para criar pulsos de infravermelho médio de banda larga em um pacote compacto.

Os pesquisadores testaram o novo instrumento usando-o para fazer medições em um caminho de 760 metros no Observatório Atmosférico Platteville, no Colorado. Eles descobriram que o instrumento poderia operar em campo por semanas sem exigir intervenção. Isso permitiu que eles adquirissem vários meses de dados durante uma variedade de condições climáticas e temperaturas.

As medidas obtidas por meio do DCS correlacionaram-se bem com as obtidas por meio de uma rede de sensores pontuais, mostrando o potencial do DCS de caminho aberto na caracterização do vapor d'água 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." + Explorar mais

Laser único produz pulsos de femtossegundos de pente duplo de alta potência