【高空野火煙霧威脅臭氧層】兩年前,冰凍在北極海冰中的德國破冰船“極地號”的船員向夜空發射了一束綠色激光,以研究冬季冰冷的雲層。然而,光束在7公里以上的平流層中遇到了一千米厚的粒子層,研究人員後來發現,這是那年夏天席卷西伯利亞的巨大野火產生的煙霧。

直到2020年3月,由於西伯利亞的煙霧揮之不去,衛星測量的北極臭氧水平達到了曆史新低。德國萊布尼茨對流層研究所研究生Kevin Ohneiser說,似乎是煙霧導致了臭氧的消耗。

近日,Ohneiser和同事發表在《大氣化學與物理》上的一項研究結果http://t.cn/A6xSgBw7 表明,氣候變化可能會對大氣化學產生意想不到的影響,因為日益嚴重的野火產生的煙霧會侵入平流層,並有可能侵蝕阻擋紫外線輻射的臭氧層。

美國國家航空航天局(NASA)戈達德太空飛行中心的遙感科學家Omar Torres表示,自20世紀70年代末以來,衛星已經能夠跟蹤煙霧顆粒,這些煙霧顆粒很容易從太空中看到,因為它們對紫外線有很強的吸收能力。然而,Torres說,直到2017年,衛星都沒有看到有煙霧穿透平流層的跡象。

北極煙霧事件尤其令人擔憂,因為它沒有理由出現在那里。Ohneiser表示:“每個人都認為北極會非常乾淨。因為那里沒有雷暴,雷暴可以把汙染物推進平流層。”比如,澳大利亞野火可以產生自己高聳的風暴系統,能夠像火山一樣將物質注入平流層。但在西伯利亞大火時,它被困在熱浪和高壓系統中,抑制了形成大風暴的對流上升氣流。因此,煙霧肯定有其他途徑到達平流層。

在一個尚未發表的模型中,研究小組援引了一個10年前叫做“自我提升”的理論,試圖解釋該地區如何產生如此高濃度的煙霧。他們的模型表明,黑煙顆粒非常有效地吸收了陽光,從而迅速加熱了周圍的空氣,導致黑煙上升。僅僅幾天後,這一過程就可能將煙霧吹到地面10公里的高空,然後風會將煙霧帶到北極低空平流層。

Ohneiser說,事實上,在經過西伯利亞大火時,NASA的雲—氣溶膠激光雷達與紅外探路者衛星觀測衛星(CALIPSO)捕獲了從4到10公里處升起的羽狀煙霧。

美國海軍研究實驗室火積雲研究員Michael Fromm稱這是一個“非同尋常的主張”,需要更多有力的證據。他認為,如果沒有火風暴的額外推動,煙霧就不太可能穿透對流層頂,而對流層頂是隔離平流層的邊界。

Fromm認為,大多數北極微粒不是煙霧,而是來自俄羅斯堪察加半島西南的萊科克火山的殘留硫酸鹽氣溶膠,該火山在2019年向平流層噴出了氣體和火山灰。他指出,CALIPSO無法區分煙和硫酸鹽。

但Ohneiser和他的同事們立場堅定。他們的先進激光雷達測量了兩種不同波長的光吸收和反射,使用同一儀器對澳大利亞野火的觀察顯示,煙霧顆粒有一個獨特的特徵。Ohneiser指出,這些是“野火煙霧清晰的光學指紋”。研究團隊表示,他們確實看到了來自萊科克火山的硫酸鹽顆粒,但它們在平流層更高的地方形成了一個薄層。

哈佛大學大氣化學家Jessica Smith說,一旦煙霧進入平流層,它消耗臭氧的潛力就肯定存在。極地臭氧的損失依賴於氯,在冬天,當平流層形成稀薄的彩虹雲時,氯就開始攻擊。它們的液滴為化學反應提供了一個表面,這些化學反應產生了氯自由基,氯自由基會破壞臭氧。Smith說,煙霧顆粒可能通過播撒這些雲的形成,並賦予它們更小、更豐富的水滴,從而促進臭氧的損失。

此外,煙霧顆粒也可能被包裹在化學物質中,例如硫酸鹽,可以通過與氯直接反應來減少臭氧。這些煙霧也可能會以某種方式加強平流層極地渦旋,進一步使兩極寒冷,並加速損耗。http://t.cn/A6xSgBwh

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