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在人类掌握烟囱通风技术以供暖房屋数百年后，科学家们开展了一项重大的研究项目，以更好地了解地球大气层如何使用其自身的“烟囱”版本。最近，40多名研究人员访问了西太平洋热带地区人口稀少的部分地区——关岛岛附近——这里被称为“全球烟囱”。该地区拥有世界上最温暖的海洋温度，并将大量的暖气体从地表排放到高层大气中，这可能会对全球气候和空气化学产生足够的影响，从而影响全球数十亿人口。
在该项目最近启动之前，科学家们只是模糊地意识到全球烟囱的规模和影响。该区域的温暖水域为雷暴提供热量和水分，这会将各种气体从最低的大气层（即对流层）上方输送到平流层。在那个高度，气体水平移动，而不是像在对流层中那样垂直移动，因此可以更广泛地在全球范围内扩散。
然而，更好地了解烟囱内的化学成分和传输，可以极大地促进我们对大气层以及大气层如何应对气候变化的认识。研究人员希望，额外的收获可能是了解污染物如何在空气沿热带地区推进时被传输和转化，这可能会对居住在主要空气污染源下游的人们产生直接影响。“这种类型的空气运动会产生很多后果，”迈阿密大学海洋与大气化学教授、该项目的主要研究员埃利奥特·阿特拉斯说。“在这种类型的空气运动中发生的化学反应与随后对大气中微量气体和气溶胶的影响之间存在联系，这些最终会影响气候。”
科学家们去年冬天使用三架不同的高科技飞机调查了关岛附近的水域，以收集空气样本并检查热带大气中各种气体的丰度、分布和转化。烟囱系统中的某些气体，如氯氟烃（存在于制冷剂和气溶胶中）和溴化合物（存在于灭火器等产品中）是人造的，可能会被困在平流层中，并在那里停留多年。仅这些化合物就可以破坏臭氧，而臭氧有助于阻挡太阳的紫外线辐射。（这些射线可能导致农作物破坏以及人类皮肤癌。）然而，其他化合物，特别是更具反应性的溴化合物，可能是天然产生的。
在过去十年中，科学家们更密切地关注了平流层中溴的含量，并意识到它一定有长寿命人造化合物以外的来源。共识是，天然溴化合物是由海洋生物产生的并释放到大气中的。然而，这些化合物的寿命相对较短，因此科学家们认为它们在热带大气中发生反应，形成含有无机溴的化合物，如一氧化溴，这最终可能导致臭氧消耗。浮游植物和地表海洋中的其他植物可以将含有溴以及氯和碘的气体排放到水中，然后这些气体逸出到大气中。尽管这些排放的分布仍然不确定，但测量表明，热带海洋可能是主要来源，将它们输送到大气中，在那里它们最终可能促成控制对流层和平流层臭氧的反应。
因此，科学家们正在积极尝试了解海洋生物学可能如何响应水循环、营养供应、温度和其他因素的变化，所有这些都可能影响反应性气体的排放，并反过来影响通过温室气体变化进一步影响气候的化学循环。
当这些气体开始影响允许到达地球表面或储存在大气中的太阳能量时，地球的气候最终会发生改变。除了增加或减少高层大气中的臭氧水平外，一些化学物质也直接导致温室效应。例如，从烟囱泵入高层大气中的额外水蒸气增加了那里滞留的能量，反过来进一步加热地球。
该项目的另一位主要研究员，科罗拉多州博尔德市国家大气研究中心的资深科学家劳拉·潘认为，太平洋该地区的风暴群很可能以新的方式影响气候，尤其是在温暖的海洋温度（为风暴和烟囱提供能量）持续升高和大气模式持续演变的情况下。“了解这些风暴的影响将有助于我们获得地面实况，从而改进我们用来预测未来气候的化学-气候模型，”她说。
然而，马里兰大学帕克分校大气与海洋科学教授、另一位主要研究员罗斯·萨拉维奇认为，定义这些联系显然是一项复杂的任务。“气候系统中物理强迫因素之间的各种过程和反馈正在受到整个气候科学家群体的积极研究，”他说。“生物相互作用的加入为不断变化的温度、环流等的最终结果增加了另一层复杂性（和不确定性）。例如，萨拉维奇说，气温升高可能会增加或减少生物生产力，以及空气和海洋之间交换的某些不太常见的气体的排放。“也许海洋酸化加剧可能是另一个控制因素，”他补充道。
只有另一种主要的环流被认为是“全球烟囱”。另一种（小得多）将空气从低层大气输送到平流层的主要途径是亚洲季风环流，它在夏季盛行。目前正在努力在亚洲季风区域进行类似的飞机观测。研究人员还发现了可能显着影响大气化学的小型环流，例如北美季风和非洲上空的对流。
根据萨拉维奇的说法，这类项目的想法可以追溯到1999年。他说，然而，该项目直到最近才开始行动，因为涉及多架复杂飞机和研究团队的工作需要很长时间才能计划（特别是对于高海拔地区）。尽管收集过程现已结束，但科学家们仍有大量数据需要筛选，才能确定这个烟囱中究竟发生了什么以及它未来可能对世界气候产生什么影响。“在这些任务期间收集的数据将作为基准，用于测试计算机模拟和未来气候预测中热带地区的代表性，”萨拉维奇说。他指出，完整的分析可能持续两年或更长时间。