如何用松樹製造雲：物理學家的食譜

想下雨嗎？試試松樹。歐洲核子研究中心的兩項研究表明，令人愉快的聖誕樹氣味可能導致雲的前兆。更重要的是，這可能意味著科學家必須稍微縮小他們目前對氣候變化的預測。...

想下雨嗎？試試松樹。歐洲核子研究中心的兩項研究表明，令人愉快的聖誕樹氣味可能導致雲的前兆。更重要的是，這可能意味著科學家必須稍微縮小他們目前對氣候變化的預測。

這有點複雜，但這裡有一個簡短的版本：當松樹的蒸汽與氧氣結合時，產生的粒子可以**在一起，如果它們得到來自太空的高能粒子的幫助，這些粒子會落在地球大氣層中，稱為宇宙射線。科學家們認為宇宙射線可能在決定我們的氣候方面起著重要的作用——在實驗中，他們發現這些相互作用可以導致氣溶膠粒子的形成，而氣溶膠粒子可以成長為雲的前身，這兩項研究發表在今天的《自然》雜誌上。

科學家們認為在工業革命之前天空的陰雲較少

很長一段時間以來，科學家們推測，在工業革命之前，天空的多雲程度較低，因為空氣汙染較少。這是因為，直到現在，科學家們還認為化石燃料汙染產生的硫酸是形成氣溶膠粒子的必要條件，而氣溶膠粒子是形成雲層的前驅物。但今天的發現表明這可能是不對的——松樹和其他植被的蒸汽也能形成它們。這就是為什麼歐洲核子研究中心的研究人員認為這個實驗會影響氣候模型。如果這一發現是正確的，那就意味著在人類開始燃燒一噸化石燃料之前，雲層可能比之前想象的更為豐富。反過來，這可能會對當前溫升估計所依據的一些假設產生影響。

歐洲核子研究中心（CERN）的粒子物理學家賈斯珀•柯克比（Jasper Kirkby）說，這一發現是一個重要的新資訊，表明溫度上升預測略有下降。他是今天在《自然》雜誌上發表的兩項研究的合著者我說輕微，因為這是非常重要的，不要混淆，這將以某種方式取消它。當然不是。但這是朝著降低溫度的方向發展的。”

研究宇宙射線如何與大氣層相互作用並不容易。因此在2009年，歐洲核子研究中心的科學家們啟動了雲實驗——一個旨在模擬宇宙射線與大氣相互作用的專案。這包括建造一個大型不鏽鋼室，研究人員可以在嚴格控制的條件下模擬各種大氣條件。

為了理解雲實驗的發現為什麼會改變對氣候變暖的估計，首先弄清楚雲是如何形成的是很重要的。雲是由數十億個水滴組成的，這些水滴是水在空氣中的粒子周圍凝結形成的。這些微粒可以來源於灰塵和海水鹽霧，但許多是由空氣中的化學過程形成的。直到最近，科學家們還認為世界上至少有一半的雲滴是透過硫酸的化學過程形成的，硫酸主要來自化石燃料的排放。這些資訊被納入了氣候模型，因為雲層透過反射入射的陽光來冷卻地球。因此，當硫酸釋放到空氣中時，產生的雲層抵消了化石燃料的變暖效應。

汙染可能不是造成多雲天氣的重要因素

這就是今天研究的重點：透過在歐洲核子研究中心的雲室中創造一個不含硫酸的大氣環境，研究人員得以證明，雲滴的重要前體可以透過松樹蒸汽和宇宙射線的過程形成。因此，歐洲核子研究中心的科學家認為，汙染可能不是造成多雲天空的一個重要因素。”你所需要的只是樹木——在工業化前的大氣中有大量的樹木——而事實證明你需要宇宙射線，”柯克比說。

對於氣候科學家來說，這些資訊可能是有價值的。目前，氣候模型假設自工業革命以來，雲層變得更加豐富。而這一假設直接影響到科學家對地球氣候對諸如溫室氣體增加等擾動的敏感程度的估計。因此，如果氣候模型將這種形成氣溶膠粒子的新機制考慮在內，那麼現在和工業化前的雲量之間的對比就會減小。這可能會降低估計的氣候敏感性，進而降低對未來氣溫的預測。”這意味著氣候沒有我們想象的那麼敏感。

“我們仍將面臨大量的氣候變暖。”

柯克比關於這一發現對氣候模擬的重要性的結論是推測性的。他的團隊沒有將他們的發現應用到當前的氣候模型中，因此目前還不清楚這種形成氣溶膠粒子的新方法是否會產生影響，或者影響有多大。但柯克比說，即使這些資訊確實改變了對氣候變暖的預測，這種變化也將很小，不會影響目前的氣溫上升估計。相反，這一發現可能會將目前的溫升預測（如果大氣中的二氧化碳濃度增加一倍，則會上升1.5攝氏度至4.5攝氏度）轉移到目前範圍的低端。”我們仍將面臨大量的氣候變暖，”他說。

加州大學戴維斯分校的環境工程師克裡斯托弗·卡帕（Christopher Cappa）說：“這可能表明，現代的‘氣候敏感性’——這大約意味著二氧化碳倍增導致的地表溫度變化——可能比目前的估計要小。”但我想強調這種潛在影響的推測性質，因為這些研究都沒有明確表明這一點。”

為了驗證這些發現還有很多工作要做。但是雲團隊的一些結論已經得到了今天發表在《科學》雜誌上的第三項研究的支援。在這種情況下，Jungfraujoch研究站的科學家研究了瑞士阿爾卑斯山氣溶膠粒子的形成。他們發現，當空氣中的硫酸濃度非常低時，仍然有可能形成氣溶膠粒子，“這就是為什麼所有這些研究都是相關聯的，”費德里科·比安奇（Federico Bianchi）說，他是保羅·舍勒研究所（Paul Scherrer Institut）的大氣科學家，也是這項科學研究的合著者，他也參與了這兩項雲研究在雲中，我們做了一個非常重要的實驗室實驗，同時，在Jungfraujoch同時進行的環境觀測也證明瞭這一點。”

樹木“實際上控制著自己的氣候”

不管這三項研究對氣候變化預測的影響有多大，他們提出了另一個建議：樹木可以在一定程度上控制被雲層澆灌的頻率。”當樹木受到陽光的照射時，這些蒸汽會散髮得更強烈。所以他們實際上是在用一種非常好的方式控制自己的氣候，”柯克比說。

今天的研究表明，當談到雲甚至松樹時，科學家還有很多東西要學。但對柯克比來說，雲實驗並不是關於科學家們不知道多少；這是為了降低當前氣候模型的不確定性。”他說：“隨著越來越多的研究成果的出現，知識將不斷提高。”這是拼圖中非常重要的一塊。”