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大气中弥漫的那些烟雾颗粒:它们来自哪里?又将去向何方?-搜狐科技

发布时间:2016-03-12 12:00:06
这段音频由@大鹏录制气溶胶(Aerosols),指悬浮在大气中的微小颗粒。这些悬浮颗粒能散射或者吸收太阳光,因此,如果颗粒足够大,就能被肉眼观察到。气溶胶通过散

  这段音频由@大鹏 录制

  气溶胶(Aerosols), 指悬浮在大气中的微小颗粒。这些悬浮颗粒能散射或者吸收太阳光,因此,如果颗粒足够大,就能被肉眼观察到。气溶胶通过散射太阳光来降低空气中的能见度(即形成雾霾),也能让日出和日落看上去更红更醒目。

  气溶胶对地球的辐射平衡以及气候有着直接和间接的影响。一方面,气溶胶能直接将一部分太阳光散射回太空。另一方面低层大气中的气溶胶的烟雾颗粒还能改变云粒子的大小,并更改云层反射或吸收太阳光的方式,从而间接影响地球的能量平衡。

  气溶胶还能给化学反应(非均相反应)提供场所。这类化学反应导致的最严重的影响是对平流层臭氧的破坏。在极区冬季气溶胶增加,形成极地区平流层云。这些云粒子的巨大的表面是化学反应发生的最佳场所。化学反应会产生大量活性氯,最终导致平流层臭氧最终被破坏。现有证据表明,大型火山喷发后,平流层中臭氧浓度出现相似的变化特征,例如,1991年菲律宾皮纳图博火山(Mt. Pinatubo)的喷发,曾造成数以吨计的火山气溶胶轰入大气层。

  火山气溶胶

  三种类型的气溶胶对地球气候有显著影响。第一种是火山气溶胶。大型火山喷发后,火山气溶胶会在大气的平流层中形成,如同上文提到的皮纳图博火山喷发。这类气溶胶层主要是由二氧化硫气体形成的,火山喷发会产生大量二氧化硫气体,在随后一周到几个月的时间里,二氧化硫在平流层中液化成硫酸液滴。而在平流层风作用下,这些烟雾颗粒将遍及弥漫在地球的每一个角落。一旦形成,火山气溶胶能在平流层中维持大约两年。它们能反射太阳光,并降低到达低层大气以及最后到达地球表面的能量总和,从而达到给地球降温的效果。1993年地球出现相对低温的状况就被认为是皮纳图博火山喷发造成平流层大量聚集火山气溶胶的结果。1995年,尽管距离皮纳图博火山喷发已经两年之久,大气中仍残留了当时形成的气溶胶颗粒。包括美国宇航局(NASA)兰利研究中心对平流层气溶胶和气体的第二阶段评估(SAGE II)在内的卫星数据能够成功帮助科学家们更好地理解火山气溶胶对地球大气的影响。

  

  火山气溶胶的扩散对地球大气影响巨大。火山喷发后,大量二氧化硫(SO2),氯化氢气体(HCL)和火山灰涌入地球大气的平流层。多数情况下,氯化氢盐酸遇水蒸气凝结成火山云,形成降雨。火山云中的二氧化硫则液化成硫酸(H2SO4)。硫酸迅速凝结,产生的气溶胶粒子将在大气中持续很长一段时间。气溶胶表面发生的化学反应(即非均相反应),以及平流层中气溶胶在氯气与氮气发生反应时起到的作用,是破坏平流层臭氧的元凶。图片来源:美国宇航局(NASA)

  沙尘气溶胶

  沙尘气溶胶是第二种对地球气候有显著影响的气溶胶。据气象卫星云图显示,从北非沙漠过来的沙尘暴常常席卷整个大西洋区域。在美洲大陆的诸多地区都能观察到这些尘土覆盖层的沉降。无独有偶,亚洲大陆也常遭受沙尘暴的侵袭。1994年9月,在发现号航天飞机(STS-64)上进行的空间激光雷达技术实验(LITE ,Lidar In-space Technology Experiment)在非洲上空低层大气中探测到了大量的沙尘气溶胶(见下图)。这些尘缕中的粒子是刮大风时从沙漠表面吹起来的泥土的细小颗粒。相对于一般的大气气溶胶,这些尘土颗粒略大,因此除非被沙尘暴吹到相对高空(15000英尺及更高),通常情况下它们只会在空气中短暂飞行然后落回地面。

  

  空间激光雷达技术实验(LITE)对非洲西北部阿特拉斯山脉(Atlas)上空的探测。图片来源:NASA

  沙尘由矿物质构成,因此沙尘粒子能吸收或者散射太阳光。通过吸收太阳光,沙尘粒子加热其所在的大气层,抑制风暴云以及随之发生的降雨的形成,使得沙尘暴成为沙漠化加剧的重要原因。

  某些云观测显示,云层吸收的太阳光总量很可能比过去最高的预估值还要多。而沙尘气溶胶能吸收并远距离运输太阳光,这一特性是造成某些云层对太阳光 增量吸收的罪魁祸首。

  人造气溶胶

  与前两种气溶胶不同的是,第三种气溶胶源自人类活动。尽管一大部分人造气溶胶来自焚烧热带森林所产生的烟,煤碳和石油燃烧时产生的硫酸盐气溶胶才是人造气溶胶最主要的来源。自工业革命起,大气中硫酸盐气溶胶的浓度增长迅速。以人类目前的生产水平来看,人造硫酸盐气溶胶的比重被认为远远超过自然 界产生的硫酸盐气溶胶。其中北半球工业发达地区的人造气溶胶浓度最高。硫酸盐气溶胶并不吸收太阳光,相反地,它反射太阳光,从而降低到达地球表面的太阳光总量。大气中硫酸盐气溶胶的寿命只有3到5天。

  硫酸盐气溶胶也会进入云中,在那里它将增加云滴的数量并缩小滴个体的大小。这一现象能达到的实际效果就是,硫酸盐气溶胶从云中消失后,这些云依然能够反射比之前更多的太阳光。研究发现,海上船烟囱排烟所造成的污染也将改变它们上方的低空云。由船只产生的硫酸盐气溶胶导致的云滴的这些变化已经在气象卫星云图上呈现为贯穿整个云层的轨迹。硫酸盐气溶胶不仅能够增加云层反射性,多余的硫酸盐气溶胶还能使被污染的云持续的时间更长,从而使其能比未被污染的云反射更多太阳光。

  气溶胶对气候的影响

  

  1994年9月16日,宇航员卡尔?米德(Carl J. Meade) 在地球上空130海里处测试了新一代EVA简易救援装置(SAFER)。这一辅助空间激光雷达技术实验(LITE)的硬件设备位于上图的右下方。太空梭遥控机械手系统(也称“加拿大臂”)上的电视摄像机记录了宇航员的这次舱外活动(EVA)。

  由污染性气溶胶引起的对太阳光的异常反射和大气气体浓度增加这两种情况对气候造成的影响在程度上具有一定的可比性。不过,大气微量气体增加会导致大气升温,污染性气溶胶则完全相反,它会给大气降温。

  温室气体所产生的增暖效应是全球化的,而污染性气溶胶的冷却效应却具有地域性,通常集中在工业化地区附近及其下风口。这种部分地区变暖、部分地区变冷的现象最终会导致什么后果,我们无从得知。气候模型始终无法可靠地预测可能出现的结果。现阶段对气候的观测只针对全球极少数地区有效,而且观测数据并不完整。

  气溶胶的迁移

  大气气溶胶往往会在大尺度天气系统以及高空急流附近“搬家”,因为这时平流层和低层大气对流比较旺盛,。在这些区域,对流层中的多数污染性气体会进入平流层,从而影响平流层的化学反应。相应地,平流层中的臭氧也会进入更低层的大气并与污染性气体发生反应,新的污染性气溶胶也可能由此产生。

  气溶胶:大气示踪剂

  对气溶胶的探测还可以被运用于追踪地球大气 如何运动。由于气溶胶的特性相对稳定,相较于在发生化学反应后浓度容易发生变化的化学物质,它们是十分称职的大气运动的追踪者。气溶胶如今已被运用于研究极地动力学,平流层中低纬度输运,以及平流层和对流层之间的气体交换。

  NASA气溶胶研究的前景

  NASA目前正在进行的研究项目“航空的大气影响”(AEAP)对一些商业及科研飞机的发动机排放物进行了测量。飞机发动机排放物已被证实会影响大气中水蒸气和气溶胶的浓度,并有可能影响云的形成以及大气臭氧的浓度。然而,目前针对这些影响的探测仍处于起步阶段。

  1996年春天,NASA的亚音速飞机轨迹和云效应的特殊研究(SUCCESS)集中研究了亚音速飞机航行所产生的凝结尾迹以及其尾迹中气溶胶对卷云和大气化学物质的影响。研究人员现已确定飞机的凝结尾迹能延长高空卷云的“寿命”,同时减小构成云朵的冰晶的大小。科学家们将继续致力于对气溶胶影响我们地球大气和气候的研究,包括SUCCESS和AEAP在内的一系列研究也会一直进行下去。(校对:杉杉 二校:Darkwalker


it.sohu.com true NASA中文爱好者团队 http://it.sohu.com/20160311/n440178540.shtml report 4061 这段音频由@大鹏录制气溶胶(Aerosols),指悬浮在大气中的微小颗粒。这些悬浮颗粒能散射或者吸收太阳光,因此,如果颗粒足够大,就能被肉眼观察到。气溶胶通过散
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关键词:气溶胶,大气

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