美澳科学家赴南极洲捕捉大气“清洁剂” 有助于改善全球气候变暖预测

为了解天空如何自我清洁，澳大利亚和美国研究人员正前往南极洲追踪大气中的主要“清洁剂”。通过在极地冰层深处钻探，科学家们希望确定自工业革命以来天空清除一些消耗臭氧层的化学物质和强效温室气体的能力发生了怎样的变化，这些信息有助于改善全球变暖预测。

该项目的第一批成员本周前往位于东南极洲的钻井现场Law Dome。在那里，他们希望获得关于主要大气清洁剂(羟基自由基)浓度的第一个历史数据。这种高活性分子由与氢原子键合的氧原子组成，可分解空气中约40种气体。它们包括甲烷和氢氟碳化合物，但不包括最普遍的温室气体二氧化碳。

尽管在过去四十年中已经使用其他大气气体的研究来推断羟基的丰富程度，但大气化学家仍将这种化学物质称为“巨大的未知”。

伦敦帝国理工学院的环境科学家Apostolos Voulgarakis表示，“当谈到羟基从前工业时代发展到今天时，我们或多或少处于黑暗中。” “这项新的研究工作可以为更深层次的羟基变化提供前所未有的信息，非常令人兴奋。”

高风险

在两个半月的时间里，该团队将至少钻两个冰芯，如果时间允许则钻三个冰芯，深度约为230米。然后它们将熔化冰芯，以提取在冰冻结时被困住的气泡。这些样本将代表大约1880年的大气层，那时人类活动产生的温室气体排放还没有开始增加。

在涉及紫外线、臭氧和水蒸气的反应中，羟基自由基在大气中形成。但是，由于自由基在与其他气体反应并将其分解之前会持续约一秒钟，作为替代，该团队将测量一小部分含有碳-14同位素的一氧化碳。

“一氧化碳中的碳-14通过宇宙射线以已知的速率在大气中产生，并且几乎完全被羟基除去。因此，科学家可以利用其丰富的程度来推断激进的趋势。”澳大利亚Aspendale的联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的大气化学家David Etheridge说道，他是钻井项目的共同领导者。

但是，测量含有碳-14的一氧化碳含量相当之棘手，因为大气中只有几公斤的含量，Etheridge说，“在过去的150年中，我们正试图在南极冰层中测量一些。”

还有一种风险是，这些冰芯将受到外部来源宇宙射线碳-14的污染。这种高能辐射无法穿透冰层，但一旦冰芯被移走，它们就有暴露的危险。纽约罗切斯特大学的冰芯科学家联合负责人瓦西里·佩特伦科说，这会干扰团队试图测量的信号。为了避免这种风险，研究人员将现场融化冰并提取空气。

长期挑战

西雅图华盛顿大学的冰芯科学家团队成员彼得·内夫说，组织设备完成这一任务，并将其运送到遥远的冰原，一直是一个巨大的后勤挑战。

拖拉机拉着装有设备的巨型雪橇，来到距离最近研究站130多公里的Law Dome钻井现场。并且需要团队36天才能融化冰芯，才能获得所需的空气样本。 “这是一场马拉松，而不是冲刺。”内夫说。

该项目由澳大利亚南极分部和美国国家科学基金会共同资助。

一旦研究人员从南极洲返回，为了评估一氧化碳中碳-14的含量，该团队将把气体转化为二氧化碳，然后转化为石墨，从中可以测量同位素。然后，科学家们可以利用这些信息来推断南半球的羟基水平是如何随时间而变化。

模型的改进

到目前为止，有关羟基水平历史趋势的信息完全来自大气模型;这些模拟表明，从1850年到20世纪70年代，当它们开始上升时，浓度保持相当稳定。 Voulgarakis说，这一增长主要是因为当时大气变暖的加速。

CSIRO的气候建模师Matt Woodhouse表示，从Law Dome收集的数据将有助于确定大气模型是否正确地捕捉了这一趋势，他将利用这些信息改进澳大利亚的全球化学气候模型，称为ACCESS。 “我们解决羟基的能力不会彻底改变气候模式，但它会增加我们的信心。”

Voulgarakis表示，羟基的历史和当前大气浓度的精确资料，对于更好地预测其未来浓度是至关重要。他说，这将能够更准确地预测未来影响气候的大量气体，例如甲烷，大气最低层的臭氧和气溶胶。这样可以更容易地确定气体对全球变暖的潜在影响。