城市源VOCs排放如何影响自然界SOA以亚马逊热带雨林为例

　　人为源污染物刺激了SOA（二次有机气溶胶）的产生，导致气候变化，这一情况的严重性远超预期。研究人员利用科研飞机在亚马逊热带雨林上空的清洁空气与附近马瑙斯市的污染空气之间往返采样，通过分析获取到的空气样本得出了这一结论。
　　人为污染刺激SOA产生
　　人为污染对气候变化的贡献众所周知，然而除了这些已知的直接危害，还存在间接影响。
　　5年前，研究人员在一架＂湾流-1＂号科研飞机上利用3个小时来回穿梭于亚马逊热带雨林的清洁空气和附近被污染的空气之间。如同时间旅行一样，科学家们在两种截然不同的环境之间往返，采集当今工业环境特有的空气样本以及工业革命发生之前那种未受污染的空气样本。
　　由美国太平洋西北国家实验室的Manish Shrivastava领导的国际科研小组分析了一些数据，发现人为污染刺激了SOA的产生，导致气候变化，这一情况远远超出过去的预计。该团队在英国《自然》子刊《Nature Communications》期刊上公布了其成果。  跨时空的比较：寻找污染原理
　　研究结果表明了汽车、发电厂和其他来源的污染是如何与亚马逊雨林的自然排放相结合的，这些反应导致细颗粒物显著增加，这些细颗粒物可以反射或吸收阳光，促进云层的产生，改变降雨模式，从而决定碳在土地和大气之间的转化方式，种种变化都对我们的星球产生了巨大的影响。
　　以上研究结果来自一项名为GOAmazon的研究活动，该活动由美国能源部科学用户设施办公室下属的ARM（大气辐射测量研究项目）带头。该活动的重点是亚马逊附近的马瑙斯市和周边地区，马瑙斯是一个拥有200多万人口的巴西城市，周围环绕着数百英里的热带森林。科学家将马瑙斯周围广阔的森林称为＂Green Ocean（绿色海洋）＂，并用该词的首字母缩写作为研究活动的名称。
　　该地区提供了几乎是地球上独一无二的研究环境。在边界的一侧是一片茂密的热带雨林，空气清洁；另一方面是马瑙斯上空的空气，由于人类活动，颗粒物浓度是雨林这一边的100倍。
　　＂为真正了解污染影响大气的方式，我们需要将今天的大气与工业时代之前的大气进行比较，这很具有挑战性。＂Shrivastava说，＂当然，我们不能回到过去。但亚马逊是地球上为数不多的能够同时研究过去和现在大气化学的地方之一。＂
　　Shrivastava解释：＂该地区提供了一个绝妙的自然实验室来了解人为排放如何影响大气化学和气候。尽管我们的地球上只有一小部分为这项研究提供了独特的机会，但研究结果适用于每时每刻都在地球上发生的大气化学反应。＂
　　这些化学反应产生了森林草甸或鲜花的清新气息。当那些气味进入我们的嗅觉神经时，实际上我们接触到的是一系列气体，例如含碳的异戊二烯和萜烯。这些气体由树木和其他植物自然散发出来，形成臭氧和其他形式的雾霾，对到达地球的太阳光量产生影响。
　　当这些天然碳排放在阳光下与NOX（NOX会从土壤中自然释放出来，也是人类活动产生的一种常见产物）相互作用时，结果之一就是形成SOA。虽然SOA很小，比人类头发的宽度小得多，但它们在地球气候方面扮演的角色却并不小。它们是地球能量和碳循环的重要组成部分，决定了地球巨大的碳储量及其在土地和大气之间的流动方式。  人为排放对碳颗粒的促进作用
　　Shrivastava及其同事试图了解人为排放如何增加这些天然存在的碳颗粒物，以及人类活动在促使气体从植被中产生到转变为导致气候变化的强大颗粒物方面的影响有多深远。
　　该团队将这些数据与其他实验室测量结果相结合，开发出先进的计算模型，以模拟在大气中形成颗粒的化学反应。该模型具有双重作用，可以重现前工业化学和现代化学两个时期的状况。大多数模型基本上是根据当前条件创建的，来自亚马逊的测量数据则提供了有关前工业化学条件的信息，这些条件改善了模型的预测能力。
　　一些研究小组发现，交通运输和石油炼制等人类活动产生的NOX在促进天然森林碳物质生成SOA方面比以前认为的更多，导致这一数字从60％增加至200％，某些情况下甚至高达400％，而科学家根据过去严重污染地区的数据预计的增幅只有20%。
　　该团队还表明，大部分二次含碳颗粒物都是由这种现象形成的。
　　＂人为源污染在制造SOA方面的影响一直很难梳理。＂Shrivastava说，＂我们的研究结果表明，许多大陆地区的地球大气层已经被人类活动大幅改变，并且产生的影响远远超过人们的认知。＂
　　在他们的论文中，Shrivastava和其他作者总结道：＂我们的研究结果清楚地表明，人类排放可能会在地球上的工业化时代之后极大地改变生物源SOA的形成。＂
　　在未来，借助先进的计算机技术和模型计算，相信像Shrivastava这样的科学家将会更好地解释地球与大气系统，从而对气候和人类健康的积极发展提供助力。
　　引用
　　Manish Shrivastava, Meinrat O. Andreae, Paulo Artaxo, Henrique M. J. Barbosa, Larry K. Berg, Joel Brito, Joseph Ching, Richard C. Easter, Jiwen Fan, Jerome D. Fast, Zhe Feng, Jose D. Fuentes, Marianne Glasius, Allen H. Goldstein, Eliane Gomes Alves, Helber Gomes, Dasa Gu, Alex Guenther, Shantanu H. Jathar, Saewung Kim, Ying Liu, Sijia Lou, Scot T. Martin, V. Faye McNeill, Adan Medeiros, Suzane S. de Sá, John E. Shilling, Stephen R. Springston, R. A. F. Souza, Joel A. Thornton, Gabriel Isaacman-VanWertz, Lindsay D. Yee, Rita Ynoue, Rahul A. Zaveri, Alla Zelenyuk, Chun Zhao. Urban pollution greatly enhances formation of natural aerosols over the Amazon rainforest. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-08909-4
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