高空野火烟雾威胁臭氧层

2019年的热浪在西伯利亚引发了大面积火灾，烟雾可能已经飘进了北极的平流层。图片来源：DONAT SOROKIN/TASS/GETTY IMAGES

　　两年前，冰冻在北极海冰中的德国破冰船“极地号”的船员向夜空发射了一束绿色激光，以研究冬季冰冷的云层。然而，光束在7公里以上的平流层中遇到了一千米厚的粒子层，研究人员后来发现，这是那年夏天席卷西伯利亚的巨大野火产生的烟雾。

　　直到2020年3月，由于西伯利亚的烟雾挥之不去，卫星测量的北极臭氧水平达到了历史新低。德国莱布尼茨对流层研究所研究生Kevin Ohneiser说，似乎是烟雾导致了臭氧的消耗。

　　近日，Ohneiser和同事发表在《大气化学与物理》上的一项研究结果表明，气候变化可能会对大气化学产生意想不到的影响，因为日益严重的野火产生的烟雾会侵入平流层，并有可能侵蚀阻挡紫外线辐射的臭氧层。

　　美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心的遥感科学家Omar Torres表示，自20世纪70年代末以来，卫星已经能够跟踪烟雾颗粒，这些烟雾颗粒很容易从太空中看到，因为它们对紫外线有很强的吸收能力。然而，Torres说，直到2017年，卫星都没有看到有烟雾穿透平流层的迹象。

　　北极烟雾事件尤其令人担忧，因为它没有理由出现在那里。Ohneiser表示：“每个人都认为北极会非常干净。因为那里没有雷暴，雷暴可以把污染物推进平流层。”比如，澳大利亚野火可以产生自己高耸的风暴系统，能够像火山一样将物质注入平流层。但在西伯利亚大火时，它被困在热浪和高压系统中，抑制了形成大风暴的对流上升气流。因此，烟雾肯定有其他途径到达平流层。

　　在一个尚未发表的模型中，研究小组援引了一个10年前叫做“自我提升”的理论，试图解释该地区如何产生如此高浓度的烟雾。他们的模型表明，黑烟颗粒非常有效地吸收了阳光，从而迅速加热了周围的空气，导致黑烟上升。仅仅几天后，这一过程就可能将烟雾吹到地面10公里的高空，然后风会将烟雾带到北极低空平流层。

　　Ohneiser说，事实上，在经过西伯利亚大火时，NASA的云—气溶胶激光雷达与红外探路者卫星观测卫星（CALIPSO）捕获了从4到10公里处升起的羽状烟雾。

　　美国海军研究实验室火积云研究员Michael Fromm称这是一个“非同寻常的主张”，需要更多有力的证据。他认为，如果没有火风暴的额外推动，烟雾就不太可能穿透对流层顶，而对流层顶是隔离平流层的边界。

　　Fromm认为，大多数北极微粒不是烟雾，而是来自俄罗斯堪察加半岛西南的莱科克火山的残留硫酸盐气溶胶，该火山在2019年向平流层喷出了气体和火山灰。他指出，CALIPSO无法区分烟和硫酸盐。

　　但Ohneiser和他的同事们立场坚定。他们的先进激光雷达测量了两种不同波长的光吸收和反射，使用同一仪器对澳大利亚野火的观察显示，烟雾颗粒有一个独特的特征。Ohneiser指出，这些是“野火烟雾清晰的光学指纹”。研究团队表示，他们确实看到了来自莱科克火山的硫酸盐颗粒，但它们在平流层更高的地方形成了一个薄层。

　　哈佛大学大气化学家Jessica Smith说，一旦烟雾进入平流层，它消耗臭氧的潜力就肯定存在。极地臭氧的损失依赖于氯，在冬天，当平流层形成稀薄的彩虹云时，氯就开始攻击。它们的液滴为化学反应提供了一个表面，这些化学反应产生了氯自由基，氯自由基会破坏臭氧。Smith说，烟雾颗粒可能通过播撒这些云的形成，并赋予它们更小、更丰富的水滴，从而促进臭氧的损失。

　　此外，烟雾颗粒也可能被包裹在化学物质中，例如硫酸盐，可以通过与氯直接反应来减少臭氧。这些烟雾也可能会以某种方式加强平流层极地涡旋，进一步使两极寒冷，并加速损耗。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.5194/acp-21-15783-2021