平流层污染有助于减缓全球变暖

火山或人类活动注入的硫酸颗粒减缓了过去十年气候变化的步伐

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尽管去年冰岛火山埃亚菲亚德拉冰盖火山爆发造成了显著的火山爆发景象和航空旅行中断,但冰岛的埃亚菲亚德拉冰盖火山并没有向平流层注入那么多气溶胶。 相比之下,1991年皮纳图博火山的爆发,向空中喷射了10立方公里的火山灰、气体和其他物质,使地球冷却了一年。 现在,研究表明,在过去十年中,这种平流层气溶胶——无论是近期火山爆发还是人类活动(如燃煤)注入大气层的——都在减缓全球变暖。

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)地球系统研究实验室的大气科学家约翰·丹尼尔说:“气溶胶的作用是使变暖幅度不至于达到原本可能达到的程度。”他帮助领导了7月21日在《科学》杂志上在线发表的研究。“地球仍在变暖,只是变暖的程度没有原本那么大。”

本质上,二氧化硫在近地表被排放出来,要么来自燃煤电厂的烟囱,要么来自火山。 如果二氧化硫进入平流层——大气层的中间层,距离地面10公里以上——它会形成稀释的硫酸液滴,即所谓的气溶胶。 这些气溶胶将阳光反射回太空,遮蔽地球表面并降低温度。 有些气溶胶可以持续存在几年,延长这种降温效果。

通过分析卫星数据和其他测量结果,丹尼尔和他的同事发现,过去十年中,地球大气层中的这种气溶胶一直在增加,浓度几乎翻了一番。 这种浓度将大约每平方米0.1瓦的阳光反射回太空,足以抵消不断上升的大气温室气体浓度(如二氧化碳)所捕获的额外热量(每平方米0.28瓦)的大约三分之一。 研究人员计算得出,自2000年以来,气溶胶阻止了平均气温升高0.07摄氏度。

问题是:为什么这种气溶胶会增加? 近年来发生了很多较小的火山爆发,例如蒙特塞拉特的苏弗里耶尔山火山和巴布亚新几内亚的塔武鲁火山的持续喷发,这些火山可能向大气中喷射了足够的二氧化硫。 并且中国等国家一直在大量燃煤,中国现在每年燃烧约30亿吨煤炭,而且很大程度上没有采用脱硫污染控制措施,而美国有时会这样做。 事实上,7月5日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项计算机模型研究表明,自1998年以来,中国的二氧化硫污染已经抵消了全球温室气体浓度上升的变暖效应。 科罗拉多大学的博士候选人瑞安·尼利说,确定人类或火山哪个更能解释平流层气溶胶的增加,是正在进行的研究的重点,他也为NOAA的研究做出了贡献。

结合大气水蒸气减少和最近的太阳活动周期导致的太阳减弱,气溶胶的发现可能解释了为什么气候变化没有像20世纪90年代那样加速。 这种效应也说明了所谓的地球工程——即对地球环境进行有意的、大规模的操纵——的一个提议,该提议将使用各种方法在平流层中制造这种硫酸气溶胶,以反射阳光,从而有望阻止灾难性的气候变化。

但这指出了另一个潜在问题:如果气溶胶水平在未来下降(无论是自然形成的还是人为造成的),气候变化可能会加速——并且中国正在为其燃煤电厂添加脱硫技术,以减少二氧化硫排放,从而最大限度地减少酸雨。 实际上,治理酸雨最终可能会加剧全球变暖。 尼利说,中国“可能会导致(平流层气溶胶)的一些减少,如果那是源头的话”,他还补充说,如果人类是将气溶胶注入大气层的主要原因,那么印度日益增长的二氧化硫排放也可能增加降温效果。 另一方面,“如果一些足够大的火山爆发,并且它们是(气溶胶增加的)主要原因,那么我们可能会看到降温效果的一些增加”。

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