高空野火煙霧威脅臭氧層

2019年的熱浪在西伯利亞引發了大面積火災，煙霧可能已經飄進了北極的平流層。圖片來源：DONAT SOROKIN/TASS/GETTY IMAGES

　　兩年前，冰凍在北極海冰中的德國破冰船“極地號”的船員向夜空發射了一束綠色激光，以研究冬季冰冷的云層。然而，光束在7公里以上的平流層中遇到了一千米厚的粒子層，研究人員后來發現，這是那年夏天席卷西伯利亞的巨大野火產生的煙霧。

　　直到2020年3月，由于西伯利亞的煙霧揮之不去，衛星測量的北極臭氧水平達到了歷史新低。德國萊布尼茨對流層研究所研究生Kevin Ohneiser說，似乎是煙霧導致了臭氧的消耗。

　　近日，Ohneiser和同事發表在《大氣化學與物理》上的一項研究結果表明，氣候變化可能會對大氣化學產生意想不到的影響，因為日益嚴重的野火產生的煙霧會侵入平流層，并有可能侵蝕阻擋紫外線輻射的臭氧層。

　　美國國家航空航天局（NASA）戈達德太空飛行中心的遙感科學家Omar Torres表示，自20世紀70年代末以來，衛星已經能夠跟蹤煙霧顆粒，這些煙霧顆粒很容易從太空中看到，因為它們對紫外線有很強的吸收能力。然而，Torres說，直到2017年，衛星都沒有看到有煙霧穿透平流層的跡象。

　　北極煙霧事件尤其令人擔憂，因為它沒有理由出現在那里。Ohneiser表示：“每個人都認為北極會非常干凈。因為那里沒有雷暴，雷暴可以把污染物推進平流層。”比如，澳大利亞野火可以產生自己高聳的風暴系統，能夠像火山一樣將物質注入平流層。但在西伯利亞大火時，它被困在熱浪和高壓系統中，抑制了形成大風暴的對流上升氣流。因此，煙霧肯定有其他途徑到達平流層。

　　在一個尚未發表的模型中，研究小組援引了一個10年前叫做“自我提升”的理論，試圖解釋該地區如何產生如此高濃度的煙霧。他們的模型表明，黑煙顆粒非常有效地吸收了陽光，從而迅速加熱了周圍的空氣，導致黑煙上升。僅僅幾天后，這一過程就可能將煙霧吹到地面10公里的高空，然后風會將煙霧帶到北極低空平流層。

　　Ohneiser說，事實上，在經過西伯利亞大火時，NASA的云—氣溶膠激光雷達與紅外探路者衛星觀測衛星（CALIPSO）捕獲了從4到10公里處升起的羽狀煙霧。

　　美國海軍研究實驗室火積云研究員Michael Fromm稱這是一個“非同尋常的主張”，需要更多有力的證據。他認為，如果沒有火風暴的額外推動，煙霧就不太可能穿透對流層頂，而對流層頂是隔離平流層的邊界。

　　Fromm認為，大多數北極微粒不是煙霧，而是來自俄羅斯堪察加半島西南的萊科克火山的殘留硫酸鹽氣溶膠，該火山在2019年向平流層噴出了氣體和火山灰。他指出，CALIPSO無法區分煙和硫酸鹽。

　　但Ohneiser和他的同事們立場堅定。他們的先進激光雷達測量了兩種不同波長的光吸收和反射，使用同一儀器對澳大利亞野火的觀察顯示，煙霧顆粒有一個獨特的特征。Ohneiser指出，這些是“野火煙霧清晰的光學指紋”。研究團隊表示，他們確實看到了來自萊科克火山的硫酸鹽顆粒，但它們在平流層更高的地方形成了一個薄層。

　　哈佛大學大氣化學家Jessica Smith說，一旦煙霧進入平流層，它消耗臭氧的潛力就肯定存在。極地臭氧的損失依賴于氯，在冬天，當平流層形成稀薄的彩虹云時，氯就開始攻擊。它們的液滴為化學反應提供了一個表面，這些化學反應產生了氯自由基，氯自由基會破壞臭氧。Smith說，煙霧顆粒可能通過播撒這些云的形成，并賦予它們更小、更豐富的水滴，從而促進臭氧的損失。

　　此外，煙霧顆粒也可能被包裹在化學物質中，例如硫酸鹽，可以通過與氯直接反應來減少臭氧。這些煙霧也可能會以某種方式加強平流層極地渦旋，進一步使兩極寒冷，并加速損耗。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.5194/acp-21-15783-2021