野火气溶胶在大气中的停留时间比预期的要长

在亚速尔群岛的一座小岛上，皮科山天文台(Pico Mountain Observatory)海拔2225米，是研究悬浮在对流层的气溶胶(悬浮在气体中的颗粒或液体)的理想地点。

对流层是大气从地面到空中10公里的部分。大气中几乎所有的水蒸气和气溶胶都存在于对流层中，这也是天气发生的地方。Pico天文台位于对流层的第一层云之上，即大气海洋边界层。在这个边界，温度迅速下降，相对较高的湿度下降，因为冷却空气迫使水凝结成云滴。皮科经常被云层所包围，它的顶峰在云层之上攀爬。这一特征使科学家能够研究边界层以上的气溶胶，包括密歇根理工大学的一个研究小组最近观察到的三组样品，它们挑战了大气科学家对气溶胶老化的看法。

在“分子和气溶胶的物理特性在一个偏远的自由对流层网站:影响大气老化”周二公布,10月2日在《大气化学和物理,密歇根理工大学化学家证明一些气溶胶粒子——那些来自野火燃烧——大气中现有的长时间经历氧化比先前认为的少。“此前，人们预计棕色碳将在大约24小时内基本耗尽，但我们的研究结果表明，在魁北克省北部最初的野火源头的下风处，大约一周左右的时间内，存在大量棕色碳，”密歇根理工学院(Michigan Tech)化学博士候选人、论文第一作者西蒙·舒姆(Simeon Schum)说。“如果这些气溶胶的寿命比预期的长，那么它们对光吸收和变暖的贡献可能比预期的要大，这可能会对气候预测产生影响。”这项工作建立在同一期刊上发表的前一篇论文的基础上，“在皮科山天文台收集到的自由对流层气溶胶的分子特征:一个远距离输送生物质燃烧羽流的案例研究”。

蜂蜜或弹珠吗?气溶胶的一致性解释

为了确定气溶胶中分子的起源，该论文的通讯作者兼化学副教授Lynn Mazzoleni领导的研究小组使用了位于伍兹霍尔海洋研究所的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪，从样品中分析了分子的化学种类。

气溶胶，取决于它们的化学和分子组成，可以对气候产生直接和间接的影响。这是因为一些气溶胶只散射光，而其他的也吸收光，其他的吸收水蒸气，改变了云的性质。气溶胶在大气中起着冷却的作用，但是关于强迫和气候影响的程度有很大的不确定性。

了解大气中特定的气溶胶是如何氧化分解的，这是理解地球气候变化之谜的一部分。气溶胶具有各种不同的稠度，称为粘度，取决于它们的组成和周围环境。有些颗粒具有类似橄榄油或蜂蜜的稠度，它们比凝固的气溶胶颗粒更容易迅速氧化，气溶胶颗粒会变得像沥青，甚至像大理石。

密歇根技术团队分析的三个样本分别为PMO-1、PMO-2和PMO-3。PMO-1和PMO-3在自由对流层中到达Pico，而PMO-2在边界层中到达Pico。气溶胶在自由对流层中比在边界层中发生的可能性要小，但是由野火引起的热对流可以把空气中的颗粒提升到更高的位置。虽然PMO-2在大气中仅存在了2 -3天，但它氧化的程度超过了PMO-1和PMO-3，这两种物质在大气中存在了大约7天，据估计它们是玻璃状的。

“我们对PMO-2与PMO-1和PMO-3的本质区别感到困惑。所以，我们问自己，为什么我们会在空间站看到气溶胶，它们在大气中待了一个星期后没有被严重氧化，”马佐莱尼说。“通常情况下，如果你把一些东西放入大气中，这是一个氧化环境，在7到10天的时间里，它会被严重氧化，但我们没有看到。”

冷干气溶胶

Schum说，研究小组假设第一和第三个样品的氧化速度更慢，因为在魁北克的森林大火注入气溶胶后，气溶胶的自由对流层运输路径。这样的路径意味着更低的平均温度和湿度导致颗粒变得更坚固，因此更不容易受到大气中氧化破坏过程的影响。

粒子会以较慢的速度氧化，尽管它在大气中的时间更长，因为它的物理状态为更好地理解粒子如何影响气候提供了新的见解。

“森林大火是大气中气溶胶的巨大来源，它结合了冷却和升温的特性，因此理解这种微妙的平衡会对我们预测未来变化的准确性产生深远的影响，”这篇论文的作者之一、物理学教授克劳迪奥·马佐莱尼(Claudio Mazzoleni)说。

随着世界干旱地区野火的规模和频率增加，更多的气溶胶粒子可能被注入自由对流层，在那里它们的氧化速度较慢，这为大气科学和气候变化的研究提供了另一个重要考虑。