北極加速融化的罪魁禍首 – 灰塵

“目前，北極地區(qū)的變化比地球上任何其它區(qū)域的變化都要快。人們關注的焦點是：北極地區(qū)真的會快速改變嗎？這種改變速度有多快？”

科學家在格陵蘭島開展“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目，其中需要采集的一項重要數(shù)據(jù)是：對低空薄云層的測定。圖片來自美國航空航天局蘭利研究中心的加里?班吉爾，以及美國航空航天局戈達德飛行中心/科羅拉多大學的拉爾夫?卡恩。

迄今為止，美國航空航天局雄心勃勃的北極航行已經揭示了一個令人吃驚的現(xiàn)象：格陵蘭地區(qū)上空存在冰晶微粒的大量聚集。這一線索很可能解釋了北極海冰融化速度比預期更快的原因。

帕特里克?泰勒是“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目的副手，他對本文作者表示：“北極地區(qū)的變化比地球上任何其它區(qū)域的變化都要快。人們關注的焦點是：北極地區(qū)真的會快速改變嗎？這種改變速度有多快？”。

“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目是一項大膽的計劃，它通過向北極地區(qū)派出若干載有儀器的飛機（包括C-130運輸機和P-3獵戶座飛機），將浮標從北極上空的云層中投入到北冰洋的浮冰縫隙之中進行測量。雖然去年夏天收集到的數(shù)據(jù)研究尚未完成，但是研究人員表示：格陵蘭地區(qū)不斷暴露的大陸塊產生的灰塵正在導致脆弱的海冰加速融化到整個北半球！

壯觀，但是正在快速消失的北極海冰

這就像一個自我增強的循環(huán)，不斷危及著這顆星球上最脆弱的區(qū)域。

“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目的原理

這個科研項目所用的飛機是在2024年夏天（5月到8月16日）飛行采集數(shù)據(jù)的，此時正是海冰季節(jié)性融化的高峰期?？蒲腥藛T本以為能夠找到至少3.5米厚的海冰，但是最終發(fā)現(xiàn)的海冰厚度只有2.2米。此項目的研究負責人是萊奈特?布瓦維爾，他告訴本文作者：“格陵蘭北部厚厚的海冰已經不再像以往那樣堅固?！?/p>

自從1979年有衛(wèi)星數(shù)據(jù)記錄以來，北極地區(qū)每10年就會失去12%的冰層覆蓋，對應面積約為116萬平方英里（300萬平方公里），這個面積比美國的阿拉斯加、德克薩斯、加利福尼亞和蒙大拿州四個州的面積之和還要大。關鍵在于：北極海冰融化的趨勢還在加快，如今每10年融化12.2%，比上個世紀90年代的速度已經快了6倍。

在這一背景下，美國航空航天局發(fā)起了“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目，想要確認北極海冰的剩余情況。泰勒表示：“夏季的飛行采集到了北極地區(qū)迄今為止最全面的有關海冰、云層、輻射、氣溶膠的觀測數(shù)據(jù)?！?/p>

項目飛行艙內部照片（圖片來自網(wǎng)絡）

當然，在遙遠的北極地區(qū)，要收集如此龐大的數(shù)據(jù)對后勤是一個極大的挑戰(zhàn)，這需要一個龐大的支援團隊?？死锼沟倌?邁克拉斯基是國家氣象科學中心的氣象科學家，他在項目中感受到了后勤的巨大壓力。美國航空航天局不得不在太空部門的運輸機上租賃更多的空間，以裝載貨物和支援物資。后來，其中一架運輸機攜帶著美國航空航天局的標志飛到格陵蘭北部的皮圖菲克空間基地，作為送給基地指揮官的禮物，這個標志被指揮官放在基地咖啡館和社交中心，驕傲的展示出來。

2024年6月15日，美國航空航天局的泰拉衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀獲得的照片，“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目的大本營就位于圖中的皮圖菲克空間基地處。

為了測量冰層的厚度，研究團隊從空中丟下很多帶著溫度計的浮標，讓其卡在浮冰的縫隙之中。這是個麻煩的過程：部分浮標會被冰川撞壞，另一些面臨著好奇的野生動物帶來的威脅。為此，科學家不得不將浮標漆成白色，以降低損壞率。

泰勒解釋：“如果你不將這些浮標漆成白色，北極熊會被這些奇怪的東西吸引，然后毀壞它”。這些浮標會產生大量有價值的數(shù)據(jù)，雖然單個浮標只對應一個位置，但結合飛機的軌跡數(shù)據(jù)，我們就可以獲得海冰厚度隨空間位置變化的情況，從而得到那些古老海冰的詳細厚度信息。

為什么罪魁禍首是灰塵？

氣候模型是對地球氣候未來變化的科學估算，其通常運行在超級計算機上，需要每日處理全世界各地的海量數(shù)據(jù)信息，這些信息又隨著云層的不斷形成和消散而不斷變化。這些模型其中的一個影響因素就是云層中的微粒，這些微粒有時只有納米大小，計算機需要將這些微粒進行累計，并在全球范圍內進行測量。

邁克拉斯基表示：“我們需要研究的范圍之大令人發(fā)瘋，云是這個行星上最為迷人的景象，它帶來了一切?！?/p>

美國航空航天局的科學家們花了7年時間分析衛(wèi)星數(shù)據(jù)，他們一開始就發(fā)現(xiàn)：當?shù)陀?5攝氏度時，4.5%的云會因為灰塵微粒而結冰。按照他們的估算，每立方米的云包含93納克的灰塵。但是“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目的結果顯示，云中灰塵的實際含量比這一估計值要高很多。

在飛機上拍攝的北極地區(qū)海冰照片

泰勒表示：“我們正在研究云層里面的冰含量為何如此之高，這可以幫助人們理解北極地區(qū)冰層融化的問題?！?/p>

那么云層究竟對冰川融化有什么作用呢？答案在于：云層會反射陽光，降低融化的速度，以保護北極地區(qū)。而冰晶的存在會讓云層變得更重，更容易消散，導致冰川更多的暴露在陽光下。但是，如果云層中缺少能夠讓冰晶“抓住”的東西，那么冰晶就很難形成?；覊m就是這個關鍵因素 - 它提供了云層里冰晶形成的“種子”，或者說是“內核”。

這是美國航空航天局的兩架飛機，用于在“北極輻射云氣溶膠表面相互作用實驗”項目中協(xié)同測量北極地區(qū)的云層、氣溶膠和海冰情況。在這張5月30日拍攝的照片中，在灣流3型飛機的后面，美國航空航天局的P-3飛機正在從格陵蘭北部的皮圖菲克空間基地起飛。（圖片來自美國航空航天局/丹?基里克）

提供灰塵的罪魁禍首是格陵蘭嗎？

美國航空航天局的科學家們提出了一種理論：當冰川消退后，格陵蘭地區(qū)暴露的地面會釋放更多的灰塵，這些灰塵被強風帶向北極，形成云層中的冰晶，于是云層開始變得沉重并更快的消散，導致北極的冰暴露在陽光下，從而加速了消融的進度。

布瓦維爾說：“在夏季的幾個月份中，格陵蘭北邊的海冰會大面積暴露在陽光下，我們認為這是從弗拉姆海峽（位于格陵蘭島和斯瓦巴特群島之間）吹來的風導致的，其溫暖而潮濕，并且直吹向北極的中心地區(qū)?！?/p>

科研團隊從項目中收集到的這些數(shù)據(jù)依然有待進一步分析，這將有助于人們了解北極海冰損失的速度。

朱莉亞?施馬勒是參與項目的一名德國科學家，專注于研究氣溶膠和云層之間的相互作用，他告訴本文作者：“這些研究成果非常重要，可以幫助我們定量分析云層中含有的冰晶數(shù)量，從而將這一因素加入到模型之中，加深我們對云層變化的理解?！?/p>

BY:Tom Brown

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