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PNAS：尘埃拼起气候变化图 |
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根据大小等特性，一些粉尘颗粒能反射太阳能量，保持地球凉爽 |
一个普通玻璃饮水杯的碎裂，或能作为预测未来气候变化的线索。据美国物理学家组织网报道，泥土破碎时，微小的尘埃颗粒能射入大气层，其碎裂的方式跟玻璃和其他易碎物体非常相似。由于碎裂泥土产生了大量的尘埃碎片，研究人员杰斯普·科克认为，大气中的尘埃颗粒比我们以前认为的要多好多倍。该研究由美国国家大气研究中心（NCAR）进行，研究结果发表在12月27日的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。
对于理解未来气候变化来说，尘埃在控制大气中太阳能方面发挥着重要作用。根据它们的大小及其他特性，一些粉尘颗粒能反射太阳能量，使地球保持凉爽，另一些能吸收能量，使地球保持温暖。
尘土颗粒可预报天气状况
“尽管它们很小，土壤中尘土颗粒的聚集方式，在表现效果上就和一只玻璃杯掉落在厨房的地板上相似。”科克说，“研究这种方式，有助于我们为未来气候变化拼起一幅更清晰的图景。”该研究还能提高天气预报的准确性，尤其是在那些沙尘地区，尘埃颗粒会影响云层、降水和气温。
科克的研究集中于飘在空中的矿尘颗粒，当沙砾被吹进土壤，尘土被击碎，碎片就被发射出去，送进空气中。碎片直径大约50微米，或大约一根人类头发的宽度。
最小的颗粒是粘土级，直径仅2微米，在大气中停留约1周，几乎能周游全球，它将太阳热量反射太空，使地球保持凉爽。较大些的颗粒，属于泥土级，能漂浮几天。颗粒越大，在大气中越倾向于产生热的效果。除了影响大气中的热量，灰尘微粒还会沉积在高山积雪场，吸收热量促进冰雪融化。
科克的研究显示，泥土颗粒对粘土颗粒的比例是目前气候模型中的2—8倍。他们仔细地校准了模型，模拟出大气中粘土颗粒的实际数字。
他们在论文中还提到，在涉及到泥土微粒时，模型最可能出错。在沙漠地区，这些较大微粒中大部分在约1600公里大气范围内打旋，因此计算机模型要不断调整它们的数量，才能更好地反映未来沙漠地区的气候，比如美国西南部和非洲北部。但要根据模型来确定哪些地区未来的气温是否会上升，上升多少，需要做更多研究。
研究结果还显示出，海洋生态系统导致了大气中二氧化碳的下降。海洋生态系统从飘尘中接受的铁比以前估计的要多很多，铁增加了生物的活动性，有益于海洋食物链通过光合作用摄入碳。
碎片大小分布具有不变性
物理学家早就知道，某种易碎物体，比如玻璃、岩石甚至原子核，其碎片的形式是可预测的。它们被击碎后的残片大小在一定范围内，小片、中片和大片的分布都可预测。科学家指出，这种形式是一种比例变换下的不变性。
物理学家设计了数学公式来模拟这一过程，通过公式，可预测易碎物体碎裂后的碎片传播方式。根据科克的理论，用这些公式来估计灰尘微粒的大小范围是可能的。他查阅了1983年德国美因茨大学气象学院两位科学家的一项研究，该研究对干旱土地上灰尘的大小分布进行了测量。科克利用他的易碎物体碎片公式，也对这些土壤进行了检测，确定发射出的灰尘颗粒的大小分布。结果令人吃惊，该公式能很好地描述对灰尘颗粒的测量。
“所有这些物体都以同样方式碎裂。”科克说，“这种想法非常美，这是大自然在混乱中创造秩序的方式。”
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