地球的氣候在世界各地都在變化，但變化最快的是兩極附近。賓夕法尼亞州立大學的新研究詳細介紹了北極大氣中的化學反應如何展開，揭示了幾個不同的過程同時相互作用並重塑該地區的氣候。
在為期兩個月的實地考察中，科學家們使用了兩架專門裝備的研究飛機以及地面儀器。他們的目標是比較兩個北極地區（也靠近北美最大油田）與附近周邊地區的大氣化學成分。通過這項工作，研究人員發現了三個主要發現。海冰中的開口（稱為細絲）強烈影響大氣化學和雲的發展。油田作業造成的污染顯著改變了區域大氣的成分。這些因素共同形成了一個反饋循環，加速了北極海冰的流失並加劇了全球變暖。
CHACHA 項目及其更廣泛的目標
結果最近發表在 美國氣象學會公報 它們是名為“北極化學：雲、鹵素和氣溶膠”（CHACHA）的更廣泛合作的一部分。這個多機構項目由五個研究組織領導，重點研究近地表空氣上升到低層大氣時如何發生化學變化。這些變化導致水滴、低雲和污染之間的相互作用。
氣象與大氣科學系氣象學教授、該論文的通訊作者何塞·德·富恩特斯說：“這次實地考察提供了一個前所未有的機會，可以探索邊界層（最接近地球表面的大氣層）的化學變化，並了解人類的影響如何改變這個重要地區的氣候。” “由此產生的數據集可以更好地了解新北極地區的海浪噴霧氣溶膠、地表相關雲、油田排放和多相鹵素化學之間的相互作用。”
為了檢查北極邊界層的化學活動，研究小組收集了波弗特海和楚科奇海冰雪覆蓋的新鮮冰凍海冰上方的空氣樣本。還在開放的引線和阿拉斯加北坡冰雪覆蓋的苔原上進行了測量，包括普拉德霍灣油氣田附近的地區。該活動於 2022 年 2 月 21 日至 4 月 16 日在阿拉斯加州烏特恰維克發起。這一時期是在極地日出之後——幾個月的黑暗之後出現的一段持續的日光——此時紫外線的增加加劇了地表和低層大氣的化學反應。
海冰裂縫如何加速全球變暖
研究人員發現，這些細絲的寬度從幾英尺到幾英里不等，會產生強大的上升氣流並形成雲。這些羽流將潛在有害的化學物質、氣溶膠污染物和水蒸氣提升到數百英尺的空氣中——所有這些都會促進全球變暖。富恩特斯表示，這一過程增加了熱量和水分的傳遞，加速了海冰的流失，並促進了更多細絲的形成，從而增強了循環。
沿著北極海岸發現了另一個反饋迴路，其中咸冰層中的化學物質與油田作業的排放物相互作用。在 CHACHA 活動期間，科學家們觀察到這些咸冰塊中溴的產生——這是極地環境特有的過程。溴可以快速去除邊界層中的臭氧，讓更多的陽光照射到表面。這些額外的陽光使雪變暖，釋放更多的溴並加強反饋迴路。
偏遠地區的污染和霧霾
現場作業還揭示了普拉德霍灣油田邊界層的顯著變化。富恩特斯說，開採活動產生的氣體羽流在低層大氣中發生反應，增加了酸度並產生有害化合物和煙霧。研究人員還發現，鹵素與油田排放物發生反應，形成自由基，然後自由基變成更穩定的化合物，能夠長距離傳播。這些材料可能會導致油田本身以外的環境變化。
富恩特斯指出，CHACHA 科學家目前正在研究這些化學反應如何影響更廣泛的北極環境。令人擔憂的一個領域是煙霧羽流的形成，儘管煙霧羽流發生在一個通常被視為原始的地區，但其污染水平可能達到與洛杉磯等主要城市相似的程度。競選期間，二氧化氮濃度達到約十億分之 60-70，通常與城市煙霧相關的水平。
改進氣候模型
下一階段的研究將側重於生成詳細的數據集，氣候建模者可以利用這些數據集更好地了解這些當地的北極過程將如何影響未來的全球氣候模式。
CHACHA團隊還包括來自石溪大學、奧爾巴尼大學、密歇根大學和阿拉斯加大學費爾班克斯分校的研究人員。該項目的資金由美國國家科學基金會提供。
