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(dǎo)致全球平均溫度不斷升高，其后果是干旱、洪水、颶風(fēng)、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(guān)重要的作用，北極變暖導(dǎo)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(jì)以來，北極海冰正在以超出預(yù)期的速度退縮，目前主流的觀點認(rèn)為在本世紀(jì)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(yīng)對北極乃至全球氣候變化的重要措施。
研究表明，棕碳?xì)馊苣z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(yīng)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(guān)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(yīng)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(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)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(gòu)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(guān)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(dāng)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)?；馂?zāi)，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(yù)計棕碳在未來北極變暖中的重要性會越來越大。
關(guān)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(yù)測北極變暖趨勢以及應(yīng)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?xì)馊苣z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(shè)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(guān)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(yīng)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(guān)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(shè)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(biāo)題：北極科考 用儀器探究氣候變暖新因素
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