野火研究：煙霧中的“深棕色碳”可能帶來(lái)巨大氣候影響

導(dǎo)語(yǔ)：加拿大野火的煙霧仍在影響北美地區(qū)：空氣質(zhì)量變差，人們健康受到影響，這也讓更多的人感受到了氣候變化。近日，研究人員發(fā)現(xiàn)，野火對(duì)氣候的影響可能比想象的還要大。

野火煙霧 來(lái)源：NOAA

野火會(huì)向大氣中排放大量的黑碳和吸光有機(jī)氣溶膠，即棕色碳（Brown Carbon，BrC）。野火煙霧氣溶膠會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的大氣變暖和大面積的地表冷卻，這對(duì)地球氣候變化的重要性不亞于二氧化碳和其他溫室氣體。一般認(rèn)為，棕色碳排放到大氣后，由于陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的光化學(xué)漂白作用，會(huì)失去其吸收能力。然而，最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)：在野火煙霧中，一種深棕色碳貢獻(xiàn)了四分之三的短波長(zhǎng)可見(jiàn)光吸收和一半的長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光吸收。這種強(qiáng)吸收的有機(jī)氣溶膠種類(lèi)不溶于水，能抵抗白天的光漂白，并隨著夜間大氣循環(huán)增加吸收率。

觀測(cè)地點(diǎn) 來(lái)源：Nature

為了對(duì)野火煙霧的構(gòu)成進(jìn)行全面分析，華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院（McKelvey School of Engineering）的Chakrabarty教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)前往美國(guó)西部的不同野火地點(diǎn)，他們采樣了氣態(tài)煙霧和氣溶膠，并分析了它們的化學(xué)和光學(xué)特性。

“傳統(tǒng)的理解是，野火煙霧的黑碳可以吸收太陽(yáng)輻射，而其他羽流主要含有散射陽(yáng)光的有機(jī)碳，這意味著它抵消了煙塵的吸收或變暖效應(yīng)，”Chakrabarty教授說(shuō)。然而，在對(duì)大規(guī)模野火的地面和空氣中的煙霧進(jìn)行采樣時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)在煙霧中發(fā)現(xiàn)了異常強(qiáng)烈的光吸收，它并不是黑碳，并且占觀察到的總吸收量的一半以上。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析和電子顯微鏡觀測(cè)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種材料的成分，結(jié)構(gòu)和吸收光譜都有一些不尋常的地方。就每個(gè)顆粒而言，深棕色碳吸收的光略低于黑碳，但在煙霧中卻是黑碳的四倍。這意味著野火中的深棕色碳顆?？赡軐?dǎo)致超出預(yù)測(cè)的氣候變暖。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這些顆粒吸收從紫外線到近紅外的光波長(zhǎng)，覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光譜。令人驚訝的是，這種強(qiáng)大的深棕色碳對(duì)光漂白具有強(qiáng)大抵抗力，這使得吸收光的有機(jī)氣溶膠在大氣中失去吸收能力。

光譜光學(xué)特性圖 來(lái)源：Nature

通常，氣候模型會(huì)忽略有機(jī)碳在氣候變暖方面的影響。這項(xiàng)研究結(jié)果表明，氣候模型中棕色碳的參數(shù)需要修改，以此更好地完善氣候模型，推進(jìn)氣候變暖預(yù)測(cè)。在未來(lái)幾十年，野火發(fā)生頻率和發(fā)生地點(diǎn)將在全球范圍內(nèi)增加，野火產(chǎn)生的深棕色碳將更具影響力，因此量化這些影響變得越來(lái)越重要。

研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)說(shuō)，未來(lái)要積極利用多學(xué)科合作來(lái)修改現(xiàn)有氣候模型，更新測(cè)量環(huán)境變化的方法，更準(zhǔn)確地探究野火對(duì)全球變暖的影響，從而為減緩氣候變化做出努力。

參考文獻(xiàn)：

1. Atwi, K., Cheng, Z., El Hajj, O., Perrie, C. & Saleh, R. A dominant contribution to light absorption by methanol-insoluble brown carbon produced in the combustion of biomass fuels typically consumed in wildland fires in the United States. Environ. Sci. Atmos. 2, 182–191 (2022).

2. Zeng, L. et al. Characteristics and evolution of brown carbon in western United States wildfires. Atmos. Chem. Phys. 22, 8009–8036 (2022).

3. Chakrabarty, R.K. et al, Short-wave absorption by wildfire smoke dominated by dark brown carbon, Nature Geoscience (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01237-9 www.nature.com/articles/s41561-023-01237-9

4. 'Dark brown carbon' in wildfires may have even bigger climate impacts than previously thought. https://phys.org/news/2023-08-dark-brown-carbon-wildfires-bigger.html#:~:text=Mishra%20and%20Chakrabarty%20found%20that%20dark%20brown%20carbon,in%20much%20more%20climate%20warming%20than%20previously%20recognized.

編譯：王家欣

審核：Maggie

編輯：Tommy