近年來，全球氣候變暖問題出現(xiàn)在大眾視野中的頻率越來越高。人類活動導致全球平均溫度不斷升高，其后果是干旱、洪水、颶風、野火等極端天氣事件的發(fā)生頻率和強度上升，人類的生存與發(fā)展已經(jīng)受到威脅。而與地球其他地區(qū)相比，北極的氣候變化速度尤為快速和顯著——新的研究表明，北極變暖的速度是全球平均速度的4倍。
北極在地球系統(tǒng)中有著至關重要的作用，北極變暖導致海冰面積減小，不僅是全球海平面上升的重要原因，還會影響地球反射入射陽光的多少、北半球大氣環(huán)流以及北極地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。進入21世紀以來，北極海冰正在以超出預期的速度退縮，目前主流的觀點認為在本世紀中葉之前，北極就可能會出現(xiàn)無冰狀態(tài)。北極海冰融化已經(jīng)不容忽視，深入研究北極變暖原因是應對北極乃至全球氣候變化的重要措施。
研究表明，棕碳氣溶膠是影響北極地區(qū)增溫的重要因素之一。棕碳(brc)是處于在吸光能力較強的黑碳(bc)和無吸光性有機碳之間的棕黃色有機氣溶膠，在近紫外和可見光區(qū)具有吸光性的，對大氣氣溶膠的總光吸收、區(qū)域輻射強迫和氣候效應具有重要影響。近年來，棕碳已經(jīng)成為全球氣候模式研究關注的焦點之一。
在北極地區(qū)，棕碳曾經(jīng)是增溫最缺乏了解和最不確定的貢獻者之一。它的變暖效應要么在氣候模型中被忽略或估計具有很大的不確定性。2017年，天津大學地球系統(tǒng)科學學院的研究團隊和合作者前往北極科考，在“雪龍?zhí)?rdquo;科考船上進行了為期2個月的環(huán)北極氣溶膠采樣。日前，研究團隊和多家國內(nèi)外機構合作通過研究描述了北半球燃燒生物質(zhì)釋放的棕色碳對北極變暖的影響，相關研究發(fā)表于《地球》雜志。
研究表明北極地區(qū)的棕碳有60%來自北半球中高維度的生物質(zhì)燃燒。水溶性棕碳對于北極的增溫效果約相當于黑碳的30%，而黑碳是僅次于二氧化碳的第二大變暖因素。近幾年，由于氣候變暖，北半球野火事件頻發(fā)，北極圈內(nèi)也多次發(fā)生大規(guī)模火災，向空氣中釋放大量的碳，從而又加劇了氣候變暖。由于生物質(zhì)燃燒是棕碳的主要來源，研究人員預計棕碳在未來北極變暖中的重要性會越來越大。
關于棕碳對北極氣候變化的影響及其主要來源的研究對于預測北極變暖趨勢以及應對北極氣候變化帶來的影響有著越來越重要的意義。目前棕碳氣溶膠研究需要采樣然后在實驗室種使用儀器進行分析。研究團隊就利用了超高分辨率傅立葉變換-離子回旋共振質(zhì)譜儀、氣相色譜/質(zhì)譜以及紫外分光光度計等儀器分析分析其分子組成和吸光能力。
在常規(guī)研究中，針對不同狀態(tài)的棕碳，研究者使用的設備也有較大區(qū)別。針對顆粒態(tài)棕碳，常用在線儀器對顆粒物在不同波長下的光吸收進行測量,，或利用顆粒物消光與光散射的測量差值進行表征，再扣減黑碳的光吸收以獲得brc的光吸收。相關在線儀器主要包括基于濾膜法的多波段黑碳儀、煙塵顆粒物吸收光度計等，以及基于非濾膜法的光聲光譜儀、光聲氣溶膠消光儀等。而針對溶解態(tài)的棕碳，可使用總有機碳分析儀、紫外-可見分光光度計等檢測儀器進行吸收光譜與有機碳含量分析，這也是現(xiàn)有研究中應用十分廣泛的研究方法。
與二氧化碳等溫室氣體的研究相比，棕碳研究仍存在很多不足，還有很大的研究空間。相關的分析研究方法也需要不斷進步。同時全球氣候變化的惡果正在不斷顯現(xiàn)，北極變暖也正在影響我國的氣候，促使強寒潮頻頻來襲，對氣候變化的研究亟需加深，儀器設備作為不可缺少的工具，在保護人類與自然中將發(fā)揮更大的作用。
(資料來源：科技日報)
原標題：北極科考 用儀器探究氣候變暖新因素