Phương pháp mới tìm kiếm các đồng vị cụ thể chỉ ra xuất xứ của các mẫu khí mêtan (Ảnh: MIT)

Mêtan là một yếu tố thúc đẩy lớn cho sự ấm lên toàn cầu. Nó chỉ đứng thứ 2 sau cacbon dioxit khi nói đến việc giữ nhiệt trong bầu khí quyển trong khoảng thời gian dài và có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả ao hồ, vật nuôi và các đường ống dẫn khí đốt thiên nhiên.

Nghiên cứu mới nhắm mục tiêu xác định của 2 nguồn gốc phổ biến chịu trách nhiệm cho bất kỳ mẫu khí mêtan nào. Cụ thể, phương pháp tập trung vào việc xác định xem chúng có gốc nhiệt (được sản sinh bởi sự phân rã nhiệt độ cao của chất hữu cơ bị chôn vùi sâu trong lòng đất) hay gốc vi khuẩn (được hình thành như một sản phẩm phụ trao đổi chất của vi sinh vật sống trong ruột của động vật).

Phương pháp mới, được gọi là quang phổ hấp thụ trực tiếp laser hồng ngoại du dương, được thiết kế để phát hiện tỉ lệ của các đồng vị mêtan trong mẫu. Các phân tử mêtan gồm 4 nguyên tử hydro kết hợp với 1 nguyên tử cacbon mà có thể là 1 trong 2 đồng vị là cacbon-12 hoặc cacbon-13. Hydro trong phân tử cũng có 2 dạng, 1 trong số đó là deuterium, 1 đồng vị có 1 neutron.

Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc phát hiện các phân tử có chứa cả 1 nguyên tử cacbon-13 và 1 nguyên tử deuterium vì họ tin rằng phân tử hiếm này là tín hiệu của của metan hình thành bởi nhiệt, vốn là một dấu hiệu chỉ thị quan trọng về nguồn gốc của phân tử.

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

Nhóm nghiên cứu đưa phương pháp vào thử nghiệm để nghiên cứu các mẫu khí được thu từ nhiều vị trí khác nhau, bao gồm cả nước ngầm sâu cổ cổ đại, bể khí thiên nhiên và đường ruột của bò. Kết quả cho thấy mâu thuẫn với lý thuyết về mối liên hệ với phân tử mêtan hiếm gấp đôi đồng vị được thế, với một tập hợp các kết quả tính toán rằng một mẫu thu thập từ dạ dày bò được hình thành ở nhiệt độ 400 ºC –  là điều hiển nhiên không thể.

Đánh giá lại các dữ liệu, một lý thuyết mới đã đến liên hệ một đặc điểm của các liên kết giữa các nguyên tử cacbon và hydro trong phân tử với tốc độ sản sinh mêtan, một đặc điểm mà nhóm gọi bệt.

"Ruột bò tạo ra khí mêtan ở tốc độ rất cao – lên đến 500 lít/ngày mỗi con bò. Chúng là những bể lên men mêtan khổng lồ và chúng thích tạo ra mêtan ít bệt lại hơn so với các quá trình địa chất vốn diễn ra rất chậm", nghiên cứu sinh David Wang cho biết. "Chúng tôi đang đo một mức độ bệt của các đồng vị cacbon và hydro, giúp chúng ta biết được tốc độ hình thành mêtan là bao nhiêu”.

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

L.H - Dostdongnai, Theo Gizmag.