南大洋為何擁有世界上最乾淨的空氣

世界著名的大氣氣體監測站位於澳大利亞塔斯馬尼亞西北角的肯納烏克/格裏姆角。圖片來源：物理學家組織網

據世界衛生組織稱，作為一項全球公共衛生危機，空氣污染每年導致700萬人死亡。有研究表明，空氣污染會增加患心臟病、中風和肺癌風險。那麼，地球上還有原始的、純粹的空氣嗎？

4年前，美國科羅拉多州立大學科學家在《美國國家科學院院刊》上發表論文稱，南極洲周圍的南大洋上空有著世界上最乾淨空氣，該區域是“真正原始的地方”。

澳大利亞《對話》雜誌報道稱，與其他地方相比，這裡使用工業化學品和燃燒化石燃料不多，人為活動排放較少。但為何能成為地球上空氣的一方凈土，其形成原因一直是個謎。

現在，一項發表在《Npj氣候和大氣科學》雜誌上的研究表明，雲和雨在凈化大氣方面發揮著至關重要的作用。

衛星“看到”蜂窩狀雲層

懸浮在空氣中的細小固體顆粒或液滴被稱為氣溶膠。除了工業來源外，海浪中的鹽分或風吹起的揚沙等自然因素也會導致氣溶膠。南大洋上空的氣溶膠水準受到一系列因素影響。鹽霧的數量和浮游植物（空氣中硫酸鹽顆粒的來源）的季節性生長變化都會改變空氣中氣溶膠含量。冬季産生硫酸鹽較少，也是南大洋上空空氣最純凈的時候。

與此同時，南大洋也是地球上雲量最多的地方，這會導致這裡常有短暫零星陣雨。在新研究中，澳大利亞莫納什大學研究人員想要探究雲和雨在凈化空氣中起的作用。了解這些過程的最大障礙是缺乏對該地區雲、降雨和氣溶膠的高品質觀測。

不過，在新一代衛星幫助下，研究人員能以前所未有的細節研究雲層圖像。他們開發了一個能夠識別南大洋大片區域上不同雲型的電腦程式，著重尋找雲層中獨特的蜂窩狀圖樣。

之所以關注蜂窩狀圖樣，是因為它們在調節氣候方面的作用不可小覷。一方面，當這些蜂窩狀單元“擠滿”雲朵時，會變得更白、更亮，能將更多陽光反射回太空，有助於保持地球涼爽。另一方面，空的或“開放的”蜂窩狀單元可以讓更多陽光透進來。

蜂窩狀單元是開放還是關閉，也與它們能産生的降雨量有關。這些錯綜複雜的因素造成目前地球氣候模型中出現一些錯誤，因為模型並沒有恰當地將其涵蓋在內。模擬蜂窩狀單元“開關”狀態尤為關鍵，否則得到的結果將大相徑庭。

強陣雨“洗去”氣溶膠

今年4月，澳大利亞肯納烏克/格裏姆角天文台啟動了雲和降水實驗，目的是獲得有關雲、雨和陽光的更高解析度數據。

借此機會，研究人員將蜂窩狀雲圖樣與天文臺氣溶膠測量結果進行了比較，同時與氣象局的降雨觀測數據也進行了比較。結果表明，空氣最純凈的日子與開放的蜂窩雲有關。研究人員認為，這些雲層導致零星強烈的陣雨，從而將氣溶膠粒子從空氣中“洗掉”了。

與充滿雲的蓬鬆白色蜂窩狀關閉單元相比，開放單元含有更多水分，能産生更多雨水。數據顯示，開放蜂窩狀單元産生的降雨量是關閉的6倍。

研究人員發現，從衛星上看起來不那麼多雲的天氣，實際上會觸發最有效的沖刷氣溶膠的陣雨。而充滿了雲或關閉的蜂窩狀單元，雖然看起來雲層密布，但對空氣的清潔效果較差。

在空氣最清潔的冬季，空的蜂窩狀單元更為常見。分析表明，大範圍天氣系統“掌控”著雲場模式。當肆無忌憚的風暴席捲南大洋時，便産生了這些開放和關閉的蜂窩狀單元。

有助構建更佳氣候模型

4年前，科學家對海洋邊界層（大氣中與海洋直接接觸的部分）的空氣進行了採樣。他們檢查了空氣中微生物的成分，這些微生物存在於大氣中，經常被風吹散到數千公里外。通過DNA測序、來源追蹤和風的回溯軌跡，科學家發現，這些微生物起源於海洋。

現在，新研究進一步破解了南大洋為何有世界上最乾淨空氣的謎團。其中，降雨是關鍵，尤其是來自這些透明、開放的蜂窩狀雲層引發的降雨，它們負責凈化南大洋上的所有空氣。這似乎解釋了為何空氣中存在來自海洋的微生物成分。

這些蜂窩狀圖樣也存在於冬季的北大西洋和北太平洋地區。因此，新研究也將有助於解釋這些雲是如何去除這些地區氣溶膠的。科學家還能在此基礎上改進氣候模型，實現更準確預測。

（記者 張佳欣）