如何用松树制造云:物理学家的食谱

想下雨吗?试试松树。欧洲核子研究中心的两项研究表明,令人愉快的圣诞树气味可能导致云的前兆。更重要的是,这可能意味着科学家必须稍微缩小他们目前对气候变化的预测。...

想下雨吗?试试松树。欧洲核子研究中心的两项研究表明,令人愉快的圣诞树气味可能导致云的前兆。更重要的是,这可能意味着科学家必须稍微缩小他们目前对气候变化的预测。

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这有点复杂,但这里有一个简短的版本:当松树的蒸汽与氧气结合时,产生的粒子可以**在一起,如果它们得到来自太空的高能粒子的帮助,这些粒子会落在地球大气层中,称为宇宙射线。科学家们认为宇宙射线可能在决定我们的气候方面起着重要的作用——在实验中,他们发现这些相互作用可以导致气溶胶粒子的形成,而气溶胶粒子可以成长为云的前身,这两项研究发表在今天的《自然》杂志上。

科学家们认为在工业革命之前天空的阴云较少

很长一段时间以来,科学家们推测,在工业革命之前,天空的多云程度较低,因为空气污染较少。这是因为,直到现在,科学家们还认为化石燃料污染产生的硫酸是形成气溶胶粒子的必要条件,而气溶胶粒子是形成云层的前驱物。但今天的发现表明这可能是不对的——松树和其他植被的蒸汽也能形成它们。这就是为什么欧洲核子研究中心的研究人员认为这个实验会影响气候模型。如果这一发现是正确的,那就意味着在人类开始燃烧一吨化石燃料之前,云层可能比之前想象的更为丰富。反过来,这可能会对当前温升估计所依据的一些假设产生影响。

欧洲核子研究中心(CERN)的粒子物理学家贾斯珀•柯克比(Jasper Kirkby)说,这一发现是一个重要的新信息,表明温度上升预测略有下降。他是今天在《自然》杂志上发表的两项研究的合著者我说轻微,因为这是非常重要的,不要混淆,这将以某种方式取消它。当然不是。但这是朝着降低温度的方向发展的。”

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研究宇宙射线如何与大气层相互作用并不容易。因此在2009年,欧洲核子研究中心的科学家们启动了云实验——一个旨在模拟宇宙射线与大气相互作用的项目。这包括建造一个大型不锈钢室,研究人员可以在严格控制的条件下模拟各种大气条件。

为了理解云实验的发现为什么会改变对气候变暖的估计,首先弄清楚云是如何形成的是很重要的。云是由数十亿个水滴组成的,这些水滴是水在空气中的粒子周围凝结形成的。这些微粒可以来源于灰尘和海水盐雾,但许多是由空气中的化学过程形成的。直到最近,科学家们还认为世界上至少有一半的云滴是通过硫酸的化学过程形成的,硫酸主要来自化石燃料的排放。这些信息被纳入了气候模型,因为云层通过反射入射的阳光来冷却地球。因此,当硫酸释放到空气中时,产生的云层抵消了化石燃料的变暖效应。

污染可能不是造成多云天气的重要因素

这就是今天研究的重点:通过在欧洲核子研究中心的云室中创造一个不含硫酸的大气环境,研究人员得以证明,云滴的重要前体可以通过松树蒸汽和宇宙射线的过程形成。因此,欧洲核子研究中心的科学家认为,污染可能不是造成多云天空的一个重要因素。”你所需要的只是树木——在工业化前的大气中有大量的树木——而事实证明你需要宇宙射线,”柯克比说。

对于气候科学家来说,这些信息可能是有价值的。目前,气候模型假设自工业革命以来,云层变得更加丰富。而这一假设直接影响到科学家对地球气候对诸如温室气体增加等扰动的敏感程度的估计。因此,如果气候模型将这种形成气溶胶粒子的新机制考虑在内,那么现在和工业化前的云量之间的对比就会减小。这可能会降低估计的气候敏感性,进而降低对未来气温的预测。”这意味着气候没有我们想象的那么敏感。

“我们仍将面临大量的气候变暖。”

柯克比关于这一发现对气候模拟的重要性的结论是推测性的。他的团队没有将他们的发现应用到当前的气候模型中,因此目前还不清楚这种形成气溶胶粒子的新方法是否会产生影响,或者影响有多大。但柯克比说,即使这些信息确实改变了对气候变暖的预测,这种变化也将很小,不会影响目前的气温上升估计。相反,这一发现可能会将目前的温升预测(如果大气中的二氧化碳浓度增加一倍,则会上升1.5摄氏度至4.5摄氏度)转移到目前范围的低端。”我们仍将面临大量的气候变暖,”他说。

加州大学戴维斯分校的环境工程师克里斯托弗·卡帕(Christopher Cappa)说:“这可能表明,现代的‘气候敏感性’——这大约意味着二氧化碳倍增导致的地表温度变化——可能比目前的估计要小。”但我想强调这种潜在影响的推测性质,因为这些研究都没有明确表明这一点。”

为了验证这些发现还有很多工作要做。但是云团队的一些结论已经得到了今天发表在《科学》杂志上的第三项研究的支持。在这种情况下,Jungfraujoch研究站的科学家研究了瑞士阿尔卑斯山气溶胶粒子的形成。他们发现,当空气中的硫酸浓度非常低时,仍然有可能形成气溶胶粒子,“这就是为什么所有这些研究都是相关联的,”费德里科·比安奇(Federico Bianchi)说,他是保罗·舍勒研究所(Paul Scherrer Institut)的大气科学家,也是这项科学研究的合著者,他也参与了这两项云研究在云中,我们做了一个非常重要的实验室实验,同时,在Jungfraujoch同时进行的环境观测也证明了这一点。”

树木“实际上控制着自己的气候”

不管这三项研究对气候变化预测的影响有多大,他们提出了另一个建议:树木可以在一定程度上控制被云层浇灌的频率。”当树木受到阳光的照射时,这些蒸汽会散发得更强烈。所以他们实际上是在用一种非常好的方式控制自己的气候,”柯克比说。

今天的研究表明,当谈到云甚至松树时,科学家还有很多东西要学。但对柯克比来说,云实验并不是关于科学家们不知道多少;这是为了降低当前气候模型的不确定性。”他说:“随着越来越多的研究成果的出现,知识将不断提高。”这是拼图中非常重要的一块。”

  • 发表于 2021-05-05 03:23
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  • 分类:互联网

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