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【公益课堂】生物圈能阻止全球变暖吗?

公益视角|2013-9-4 10:26

来源:果壳网|4941人参与|0评论

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  盖亚复出

 

  因为这种负反馈作用,地球温度保持在不冷不热的适宜范围内。然而,地质过程需要数百万年才能发挥作用,盖亚仍然有介入的余地。虽然有时候会出一点灾难性的失误,但是有没有可能在较短的时间尺度上,生物通常有助于避免气候波动呢?一个清晰的机制会让这种设想更有说服力。当温度开始变得过高或过低时,生物应该以某种方式做出反应,朝反方向努力,使温度回到令人愉快的中间值。

 

  1987年,洛夫洛克等人提出了一个这样的机制。他们指出,海洋中的藻类会释放一种被称为二甲基硫醚(dimethyl sulphide)的气体,这种气体能与空气发生反应,形成硫酸蒸汽,再凝聚成小小的雾滴,也就是气溶胶。这样的气溶胶能够直接反射阳光,也能够增白云团间接增加阳光反射,从而为地球降温。

 

  要形成云,只有冷却的湿润空气是不够的,还需要有合适的颗粒作为凝结核来吸附水汽,水滴才成形成和生长。这些颗粒的大小还必须要达到100纳米以上。来源于二甲基硫醚的硫酸气溶胶如果生长充分,恰好能够达到这个级别。这一理论的提出者推测:温度升高时,藻类蓬勃生长,释放出更多的二甲基硫醚,“播种”更多的云滴;更多的云滴会使云团颜色更白,反射更多阳光,从而使温度降低——至此,负反馈循环完成。

 

  这个设想以4位作者的姓氏首字母命名,被称为CLAW假设。虽然这个假设为许多研究提供了灵感,但是这个过程本身,最多具有微乎其微的影响。观测结果显示,海洋上空高达60%以上的云,凝结核是盐雾,其余大部分也是直接从海洋表层飞溅上来的固体有机化合物。美国太平洋海洋环境实验室的帕特里夏·奎因(Patricia Quinn)和蒂莫西·贝茨(Timothy Bates)在2011年的一项年度回顾中指出,这几乎没给硫酸气溶胶留下参与的空间(参见《自然》杂志,480卷,第51页)。

 

  这个假想的反馈循环的另一阶段也值得怀疑。奎因说:“人们乘船出海,培养藻类,观察藻类对温度或辐射增加的反应。”海水升温时,藻类确实散发出了更多的二甲基硫醚,但是增幅极小,完全达不到让天空增白的级别。

 

  如此看来,CLAW假设似乎过于微弱,拉不动地球气候的杠杆。或许,这项工作可以由另一种绿色植物来完成。2004年,芬兰赫尔辛基大学的马库·库马拉(Markku Kulmala)提出了一个新的反馈循环。他和他的团队在芬兰南部的一片松林里,测量了一组叫做萜烯(terpene)的化学物质的浓度。许多植物都能产生萜烯,而且萜烯是挥发性的,极易进入空气。我们在松林里闻到的那股清香,就有一部分是萜烯的味道。萜烯还是从松脂中提炼出的纯松节油的主要成分。

 

  萜烯分子和其他挥发性有机物在空气中会被氧化,挥发性降低。然后,它们凝结到已经存在于在空气中的微小气溶胶颗粒上,使得颗粒增大。这就意味着,更多的气溶胶颗粒增长到了足够的大小。过去几年里,库马拉所在的研究团队对芬兰一处欧洲赤松林上空的萜烯数量和大于3纳米的气溶胶颗粒数量进行了监测。他们发现两者之间存在着强烈的相关性,同时在夏季植物生长最旺盛的时期达到高峰。库马拉据此提出,如果气候变暖,植物可能会释放出更多的萜烯,从而制造出更多具有降温作用的气溶胶,这就形成了一个负反馈循环,将对气候变暖起到反作用。

 

  不过,这只能算是一个相对靠谱的猜测。库马拉的研究既不能证明随着温度升高森林会释放出更多的挥发性有机物,也没有证明气溶胶颗粒能够成长到100纳米以上,足以成为云凝结核。数据来源只是一个地点,还不能作为全球性现象的证据。

 

  与此同时,在远离芬兰森林的瑞士日内瓦附近,欧洲核子研究中心(CERN)粒子物理实验室的贾斯珀·柯克比(Jasper Kirkby)和他的团队正忙着在巨大的不锈钢房间里造云,其中的一些实验尝试重现了云形成的第一步,即气体如何凝结形成萌芽状态的气溶胶颗粒。柯克比说:“如果有一天,你在一场暴雨之后眺望远山,留心看的话,会发现清洗一新的大气中,已经又出现了一层蓝色薄雾。这是因为大气中一些含量很低的气体形成了新的气溶胶颗粒,这些颗粒把光线散射进了我们的眼睛。”新颗粒的形成需要硫酸蒸气,而硫酸蒸气来自海洋中藻类产生或人类工业附带产生的二氧化硫。

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