为了了解天空如何自我净化，一个由澳大利亚和美国研究人员组成的团队正在前往南极洲，以追踪大气中的主要清洁剂。通过深入极地冰层钻探，科学家们希望确定自工业革命以来，天空清除一些消耗臭氧层化学物质和强效温室气体的能力发生了怎样的变化——这些信息可能有助于改进全球变暖的预测。
该项目的第一批成员本周前往东南极洲的劳穹顶，他们的钻探地点。在那里，他们希望获取关于大气中主要清洁剂——羟基自由基浓度的首批历史数据。这种由氧原子与氢原子键合而成的高活性分子，可以分解空气中约40种气体。其中包括甲烷和氢氟碳化物，但不包括最普遍的温室气体——二氧化碳。
尽管对其他大气气体的研究已被用来推断过去四十年羟基的丰度，但大气化学家仍然将这种化学物质称为“巨大的未知数”。
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伦敦帝国理工学院的环境科学家阿波斯托洛斯·武尔加拉基斯说：“当谈到羟基从工业革命前到今天的演变过程时，我们或多或少处于黑暗之中。”“这项新的研究努力可以提供前所未有的关于更久远过去的羟基变化的信息，这令人兴奋。”
高风险业务
在两个半月的时间里，该团队将至少钻取两个冰芯（如果时间允许，则为三个），深度约为230米。然后，他们将融化这些冰芯，以提取冰冻时被困住的气泡。这些样本将代表大约1880年之前的大气，当时人类活动产生的温室气体排放开始增加。
羟基自由基在大气中自然形成，其反应涉及紫外线、臭氧和水蒸气。但是，由于自由基在与其他气体反应并将其分解之前只能持续大约一秒钟，作为替代，该团队将测量含有碳14同位素的微量一氧化碳。
一氧化碳中的碳14在大气中由宇宙射线以已知速率产生，并且几乎完全被羟基清除。因此，科学家可以使用其丰度的趋势来推断自由基的趋势，澳大利亚阿斯彭代尔联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的大气化学家、钻探项目的共同负责人大卫·埃瑟里奇说。
但是，测量含有碳14的一氧化碳的水平很棘手，因为大气中只有几公斤这种物质，埃瑟里奇说。“我们正试图测量南极冰中过去150年左右的少量这种物质。”
还存在冰芯被来自宇宙射线的外部碳14来源污染的风险。这种高能辐射无法穿透冰层，但是一旦冰芯被取出，它们就有暴露的风险。纽约罗切斯特大学的冰芯科学家、共同负责人瓦西里·彼得连科说，这会干扰该团队试图测量的信号。为了避免这种风险，研究人员将在现场融化冰并提取空气。
长途跋涉
西雅图华盛顿大学的冰芯科学家、团队成员彼得·内夫说，组织设备并将其运送到偏远的冰原是一项巨大的后勤挑战。
拖拉机将装有设备的巨型雪橇拖到劳穹顶钻探地点，该地点距最近的研究站超过130公里。该团队需要36天的时间来融化他们需要的冰，以获得足够的空气样本。“这是一场马拉松，而不是短跑，”内夫说。
该项目由澳大利亚南极司和美国国家科学基金会共同资助。
一旦研究人员从南极洲返回，为了评估一氧化碳中碳14的水平，该团队将把气体转化为二氧化碳，然后转化为石墨，从中可以测量同位素。然后，科学家可以使用这些信息来推断南半球的羟基水平如何随时间变化。
模型改进
到目前为止，关于羟基水平历史趋势的信息仅来自大气模型；这些模拟表明，从1850年到1970年代，浓度保持相当稳定，然后开始上升。武尔加拉基斯说，上升的主要原因是当时大气变暖的加剧。
CSIRO的气候建模师马特·伍德豪斯说，从劳穹顶收集的数据将有助于确定大气模型是否正确地捕捉到了这一趋势，他将使用这些信息来改进澳大利亚的全球化学气候模型，称为ACCESS。“我们解析羟基的能力不会彻底改变气候模型，但会增强我们对它们的信心。”
武尔加拉基斯说，羟基的历史和当前大气浓度的准确图像对于制定其未来水平的更好预测至关重要。这将有助于更准确地预测影响气候的气体（如甲烷、大气最低层的臭氧和气溶胶）的未来丰度，这些气体会被羟基从天空中清除。他说，这将更容易确定这些气体对全球变暖的潜在贡献。
本文经许可转载，并于2018年11月20日首次发表。