作者:Kevin Ohneiser 来源:《大气化学与物理》 发布时间:2021/11/29 15:19:20
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高空野火烟雾威胁臭氧层

 

2019年的热浪在西伯利亚引发了大面积火灾,烟雾可能已经飘进了北极的平流层。 图片来源:DONAT SOROKIN/TASS/GETTY IMAGES

两年前,冰冻在北极海冰中的德国破冰船“极地号”的船员向夜空发射了一束绿色激光,以研究冬季冰冷的云层。然而,光束在7公里以上的平流层中遇到了一千米厚的粒子层,研究人员后来发现,这是那年夏天席卷西伯利亚的巨大野火产生的烟雾。

直到2020年3月,由于西伯利亚的烟雾挥之不去,卫星测量的北极臭氧水平达到了历史新低。德国莱布尼茨对流层研究所研究生Kevin Ohneiser说,似乎是烟雾导致了臭氧的消耗。

近日,Ohneiser和同事发表在《大气化学与物理》上的一项研究结果表明,气候变化可能会对大气化学产生意想不到的影响,因为日益严重的野火产生的烟雾会侵入平流层,并有可能侵蚀阻挡紫外线辐射的臭氧层。

美国国家航空航天局(NASA)戈达德太空飞行中心的遥感科学家Omar Torres表示,自20世纪70年代末以来,卫星已经能够跟踪烟雾颗粒,这些烟雾颗粒很容易从太空中看到,因为它们对紫外线有很强的吸收能力。然而,Torres说,直到2017年,卫星都没有看到有烟雾穿透平流层的迹象。

北极烟雾事件尤其令人担忧,因为它没有理由出现在那里。Ohneiser表示:“每个人都认为北极会非常干净。因为那里没有雷暴,雷暴可以把污染物推进平流层。”比如,澳大利亚野火可以产生自己高耸的风暴系统,能够像火山一样将物质注入平流层。但在西伯利亚大火时,它被困在热浪和高压系统中,抑制了形成大风暴的对流上升气流。因此,烟雾肯定有其他途径到达平流层。

在一个尚未发表的模型中,研究小组援引了一个10年前叫做“自我提升”的理论,试图解释该地区如何产生如此高浓度的烟雾。他们的模型表明,黑烟颗粒非常有效地吸收了阳光,从而迅速加热了周围的空气,导致黑烟上升。仅仅几天后,这一过程就可能将烟雾吹到地面10公里的高空,然后风会将烟雾带到北极低空平流层。

Ohneiser说,事实上,在经过西伯利亚大火时,NASA的云—气溶胶激光雷达与红外探路者卫星观测卫星(CALIPSO)捕获了从4到10公里处升起的羽状烟雾。

美国海军研究实验室火积云研究员Michael Fromm称这是一个“非同寻常的主张”,需要更多有力的证据。他认为,如果没有火风暴的额外推动,烟雾就不太可能穿透对流层顶,而对流层顶是隔离平流层的边界。

Fromm认为,大多数北极微粒不是烟雾,而是来自俄罗斯堪察加半岛西南的莱科克火山的残留硫酸盐气溶胶,该火山在2019年向平流层喷出了气体和火山灰。他指出,CALIPSO无法区分烟和硫酸盐。

但Ohneiser和他的同事们立场坚定。他们的先进激光雷达测量了两种不同波长的光吸收和反射,使用同一仪器对澳大利亚野火的观察显示,烟雾颗粒有一个独特的特征。Ohneiser指出,这些是“野火烟雾清晰的光学指纹”。研究团队表示,他们确实看到了来自莱科克火山的硫酸盐颗粒,但它们在平流层更高的地方形成了一个薄层。

哈佛大学大气化学家Jessica Smith说,一旦烟雾进入平流层,它消耗臭氧的潜力就肯定存在。极地臭氧的损失依赖于氯,在冬天,当平流层形成稀薄的彩虹云时,氯就开始攻击。它们的液滴为化学反应提供了一个表面,这些化学反应产生了氯自由基,氯自由基会破坏臭氧。Smith说,烟雾颗粒可能通过播撒这些云的形成,并赋予它们更小、更丰富的水滴,从而促进臭氧的损失。

此外,烟雾颗粒也可能被包裹在化学物质中,例如硫酸盐,可以通过与氯直接反应来减少臭氧。这些烟雾也可能会以某种方式加强平流层极地涡旋,进一步使两极寒冷,并加速损耗。(来源:中国科学报 辛雨)

相关论文信息:https://doi.org/10.5194/acp-21-15783-2021

 
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