Exploración de fuentes submarinas de metano con el Transpector CPM de Inficon

El metano es un gas de efecto invernadero nocivo. Debido a efectos de punto de inflexión, como la descomposición de los hidratos de gas en los océanos, se libera cada vez más a la atmósfera. En los sistemas acuáticos, por ejemplo, el metano puede llegar a la superficie a través de grietas en los sedimentos. Otra fuente submarina de metano es la descomposición microbiana de la materia orgánica en las capas inferiores de los sedimentos. Como consecuencia del cambio climático, los sedimentos marinos se están calentando y liberan este gas de efecto invernadero. La pregunta clave es la siguiente: ¿cuánto metano se libera a la atmósfera y acelera el calentamiento global?

El uso in situ de un espectrómetro de masas submarino es adecuado para localizar fuentes submarinas. Las principales ventajas son el breve tiempo de respuesta a concentraciones elevadas y la velocidad de medición de las concentraciones de gas disuelto, hasta 750 veces superior a la de otros métodos. Cuanto mayor sea la densidad de datos, más precisa será la cartografía de las fuentes de metano.

El UWMS consta de un sistema de entrada de membrana para el muestreo y una unidad de sensor en la que se miden los gases solubles en agua y los hidrocarburos ligeros. El núcleo del sensor es un espectrómetro de masas. El Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina del Instituto Alfred Wegener (AWI), por ejemplo, confía en el Transpector CPM de Inficon para sus investigaciones. Con su precisión y velocidad, el sistema de Inficon contribuye de forma significativa a la estabilidad de los datos y a la facilidad de uso.

Por ejemplo, en diciembre de 2022 el buque de investigación Polarstern exploró fuentes de metano en el Atlántico Sur utilizando un espectrómetro de masas submarino. A bordo: el científico Torben Gentz, que participa en el proyecto UWMS en el Departamento de Geoquímica Marina del AWI desde 2005. El sistema actual tiene poco que ver con el dispositivo original. Por ejemplo, el sistema de control y las bombas de vacío son nuevos. “Pero el único componente restante es el Transpector CPM de Inficon ”, dice Gentz.

Según el Torben Gentz, la proporción de metano que llega a la atmósfera es crucial para la investigación. Cuanto más densos sean los puntos de desgasificación en la superficie del agua y menos estratificada esté la columna de agua por encima de ellos con diferentes masas de agua, más metano penetrará en la superficie. La recogida y el tratamiento de los datos son fundamentales, ya que alimentan el Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC). En última instancia, se necesitan métodos de medición fiables para determinar el papel de los océanos en el sistema climático mundial.

“Sin embargo, la investigación de fuentes de metano no es la única aplicación”, afirma Steffen Tippmann, director de Servicio de Inficon. Los sistemas Compact Process Monitor (CPM) de Transpector se utilizan en la producción de semiconductores, en el sector SEMI para la supervisión y el control de procesos, así como para la supervisión de la contaminación. Sin embargo, los sistemas CPM también se utilizan en investigación, química, análisis de materiales y física. La ventaja de la fuente de iones cerrada cobra aquí toda su importancia. Se puede utilizar para ionizar directamente al vacío del proceso (presión del proceso) o a una presión mucho mayor que con una fuente de iones abierta. Un sistema de bomba diferencial, como el instalado en el CPM, es un requisito previo. Esto puede complementarse con un sistema de entrada variable y conmutable que puede utilizarse para cubrir un amplio rango de presión de análisis, desde la atmósfera hasta el alto vacío.

Las aplicaciones especiales, como en el AWI, también aprovechan las ventajas de la fuente de iones cerrada. Aquí, el gas de proceso se ioniza a una presión más alta que con una fuente de iones abierta. Se consigue un mayor rendimiento iónico, un mayor número de partículas cargadas, que pueden separarse en el cuadrupolo según su relación masa-carga y visualizarse. “El resultado es un estado mucho más preciso y detallado para su posterior procesamiento en investigación o control de procesos”, resume Steffen Tippmann.