保存在冰中的几百年前的烟雾颗粒揭示过去的火灾活动及气候变化的未来

2021年06月19日 09:46 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

根据发表在《科学进展》上的新研究,保存在冰中的几个世纪的烟雾颗粒揭示了南半球过去的火灾活动,并为全球气候变化的未来影响提供了新的启示。哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的前研究生和博士后研究员、该论文的第一作者刘鹏飞说:“到目前为止,过去火灾活动的严重程度以及工业化前大气中的烟雾量还没有得到很好的描述。这些结果对于理解从1750年代到今天的气候变化的演变,以及预测未来的气候具有重要意义。”

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在预测气候变化的未来影响时,最大的不确定性之一是地表温度将以多快的速度因温室气体的增加而上升。预测这些温度是很复杂的,因为它涉及到计算大气中相互竞争的升温和降温效应。温室气体捕获热量并使地球表面变暖,而大气中来自火山、火灾和其他燃烧的气溶胶颗粒则通过阻挡阳光或播撒云层来冷却地球。了解地表温度对这些影响的敏感程度以及它们如何相互作用,对于预测气候变化的未来影响至关重要。

今天的许多气候模型依靠过去的温室气体和气溶胶的水平来验证他们对未来的预测。但有一个问题:虽然工业化前的温室气体水平有据可查,但工业化前大气中的烟雾气溶胶数量却没有。

为了模拟工业化前南半球的烟雾,研究小组将目光投向了南极洲,那里的冰层捕获了澳大利亚、非洲和南美洲的火灾所排放的烟雾颗粒。冰芯科学家和该研究的共同作者,来自内华达州沙漠研究所的 Joseph McConnell 和 Nathan Chellman冰芯中的煤烟,这是烟雾的重要组成部分,其沉积在来自整个大陆的14个冰芯阵列中,其中许多是由国际合作者提供的。

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McConnell说:“沉积在冰川冰中的烟尘直接反映了过去的大气浓度,因此,经过精心计算的冰芯提供了最可靠的长期记录。”他们的发现是出乎意料的。

SEAS化学-气候相互作用高级研究员、该论文的资深作者Loretta Mickley说:“虽然大多数研究都认为前工业时代发生的火灾较少,但冰芯表明过去的火灾更多,至少在南半球是这样。”

为了说明这些烟雾的水平,研究人员进行了计算机模拟,将野火和原住民的燃烧做法都考虑在内。

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“火灾的计算机模拟显示,在工业革命之前的一个世纪,南半球的大气可能是非常多烟的。大气中的烟尘浓度比以前的研究表明的要高四倍。”香港大学副教授、该研究的共同作者 Jed Kaplan说:“这大部分是由殖民前时期原住民广泛和定期的燃烧造成的。”

这一结果与冰芯记录相吻合,冰芯记录也显示在工业时代开始之前烟尘就很丰富,并且在20世纪一直保持相对稳定。该模型表明,随着土地利用的变化,火灾活动减少,来自工业的排放增加。

这一发现对未来地表温度意味着什么?通过低估工业化前世界的烟雾颗粒的冷却效果,气候模型可能已经高估了二氧化碳和其他温室气体的变暖效果,以解释观察到的地表温度的上升。

刘鹏飞说:“气候科学家已经知道最近一代的气候模型已经高估了地表温度对温室气体的敏感性,但是我们还不知道为什么,或者说是多少。这项研究提供了一个可能的解释。”

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