碘化合物加速了海洋和极地上空云层的形成
2025-09-03 19:02

碘化合物加速了海洋和极地上空云层的形成

  在欧洲核子研究中心的实验中发现了云形成背后的两种新的化学机制。该机制涉及碘、氧化酸和硫酸蒸气相互作用使水滴成核,为海洋上空和极地地区的云形成提供了新的见解,并将有助于提高重要气候变化模型的准确性。

  云量通过将进入的热量反射到空间和阻止流出的热量逸出来影响温度,因此在气候模式中是一个重要因素。在水蒸气凝结成雾化液滴之前,它需要种子颗粒。但是,目前在英国剑桥大学做访问学者的大气科学家何旭成解释说,这个过程中涉及的各种耦合化学反应的复杂性迫使气候学家进行了极度简化的模拟。他指出:“他们可能只是用一些反应来描述气溶胶的前体。”特别是,模型通常关注硫酸。

  为了解释观测到的地层速率,硫酸需要一种稳定剂。在城市地区,这通常是氨。但在海洋等原始环境中,氨的含量要少得多,因此很难建立云形成的模型。这尤其成问题,因为海洋云对地球的辐射平衡是最重要的。他说:“从太空中看,水是黑色的,所以它可以吸收更多的太阳辐射,而如果你有白色的云层覆盖,它们会将大量的入射辐射反射回太空。”

  在2021年欧洲核子研究中心的云(宇宙离开室外液滴)室的实验中,他和他的同事发现,在原始海洋条件下,碘酸和碘酸可以以与硫酸相当的速度成核气溶胶颗粒。在新的研究中,他们表明这两种成核机制并不是完全独立的。在大气电离条件下,碘酸可以增强硫酸的离子诱导成核。更奇怪的是,碘酸可以代替氨,充当碱,从硫酸中吸收一个质子,形成中性二聚体。事实上,它是一种更有效的替代品:按体积计算,不到万亿分之一的碘酸与万亿分之500的氨产生相同的速率。

  他说,这项研究的总体意义是高度不确定的。由于加强了污染控制,大气中硫酸的含量一直在下降,而碘的排放量自20世纪50年代以来增加了两倍,并且由于臭氧浓度增加和北极冰层变薄等多种原因而继续上升。因此,进一步的调查将需要实地研究和全球地球系统建模,尽管他推测“最近城市空气污染控制将导致气候变暖成为一个热门话题,因为它将导致硫酸浓度降低……我认为这应该部分修改。”

  美国匹兹堡卡耐基梅隆大学的哈米什·戈登认为,这项研究“可能是一个非常重要的发现”。他说,碘在气溶胶化学中的作用还没有被很好地理解,产生碘酸的大气机制还不确定。他说:“这是一个令人印象深刻的结果,因为在这类成核系统中,通常浓度最低的物质是硫酸,而测量硫酸的浓度已经够困难的了,所以测量浓度更低的物质的浓度就很简单了。”“将会有很多有趣的工作要做,以找出碘酸在哪些地方可能很重要,以及在哪些地方不太可能产生,即使是在制造颗粒所需的非常低的浓度下。”

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