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在人類掌握煙囪通風技術以供暖房屋數百年後，科學家們開展了一項重大的研究專案，以更好地瞭解地球大氣層如何使用其自身的“煙囪”版本。最近，40多名研究人員訪問了西太平洋熱帶地區人口稀少的部分地區——關島島附近——這裡被稱為“全球煙囪”。該地區擁有世界上最溫暖的海洋溫度，並將大量的暖氣體從地表排放到高層大氣中，這可能會對全球氣候和空氣化學產生足夠的影響，從而影響全球數十億人口。
在該專案最近啟動之前，科學家們只是模糊地意識到全球煙囪的規模和影響。該區域的溫暖水域為雷暴提供熱量和水分，這會將各種氣體從最低的大氣層（即對流層）上方輸送到平流層。在那個高度，氣體水平移動，而不是像在對流層中那樣垂直移動，因此可以更廣泛地在全球範圍內擴散。
然而，更好地瞭解煙囪內的化學成分和傳輸，可以極大地促進我們對大氣層以及大氣層如何應對氣候變化的認識。研究人員希望，額外的收穫可能是瞭解汙染物如何在空氣沿熱帶地區推進時被傳輸和轉化，這可能會對居住在主要空氣汙染源下游的人們產生直接影響。“這種型別的空氣運動會產生很多後果，”邁阿密大學海洋與大氣化學教授、該專案的主要研究員埃利奧特·阿特拉斯說。“在這種型別的空氣運動中發生的化學反應與隨後對大氣中微量氣體和氣溶膠的影響之間存在聯絡，這些最終會影響氣候。”
科學家們去年冬天使用三架不同的高科技飛機調查了關島附近的水域，以收集空氣樣本並檢查熱帶大氣中各種氣體的丰度、分佈和轉化。煙囪系統中的某些氣體，如氯氟烴（存在於製冷劑和氣溶膠中）和溴化合物（存在於滅火器等產品中）是人造的，可能會被困在平流層中，並在那裡停留多年。僅這些化合物就可以破壞臭氧，而臭氧有助於阻擋太陽的紫外線輻射。（這些射線可能導致農作物破壞以及人類皮膚癌。）然而，其他化合物，特別是更具反應性的溴化合物，可能是天然產生的。
在過去十年中，科學家們更密切地關注了平流層中溴的含量，並意識到它一定有長壽命人造化合物以外的來源。共識是，天然溴化合物是由海洋生物產生的並釋放到大氣中的。然而，這些化合物的壽命相對較短，因此科學家們認為它們在熱帶大氣中發生反應，形成含有無機溴的化合物，如一氧化溴，這最終可能導致臭氧消耗。浮游植物和地表海洋中的其他植物可以將含有溴以及氯和碘的氣體排放到水中，然後這些氣體逸出到大氣中。儘管這些排放的分佈仍然不確定，但測量表明，熱帶海洋可能是主要來源，將它們輸送到大氣中，在那裡它們最終可能促成控制對流層和平流層臭氧的反應。
因此，科學家們正在積極嘗試瞭解海洋生物學可能如何響應水迴圈、營養供應、溫度和其他因素的變化，所有這些都可能影響反應性氣體的排放，並反過來影響透過溫室氣體變化進一步影響氣候的化學迴圈。
當這些氣體開始影響允許到達地球表面或儲存在大氣中的太陽能量時，地球的氣候最終會發生改變。除了增加或減少高層大氣中的臭氧水平外，一些化學物質也直接導致溫室效應。例如，從煙囪泵入高層大氣中的額外水蒸氣增加了那裡滯留的能量，反過來進一步加熱地球。
該專案的另一位主要研究員，科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心的資深科學家勞拉·潘認為，太平洋該地區的風暴群很可能以新的方式影響氣候，尤其是在溫暖的海洋溫度（為風暴和煙囪提供能量）持續升高和大氣模式持續演變的情況下。“瞭解這些風暴的影響將有助於我們獲得地面實況，從而改進我們用來預測未來氣候的化學-氣候模型，”她說。
然而，馬里蘭大學帕克分校大氣與海洋科學教授、另一位主要研究員羅斯·薩拉維奇認為，定義這些聯絡顯然是一項複雜的任務。“氣候系統中物理強迫因素之間的各種過程和反饋正在受到整個氣候科學家群體的積極研究，”他說。“生物相互作用的加入為不斷變化的溫度、環流等的最終結果增加了另一層複雜性（和不確定性）。例如，薩拉維奇說，氣溫升高可能會增加或減少生物生產力，以及空氣和海洋之間交換的某些不太常見的氣體的排放。“也許海洋酸化加劇可能是另一個控制因素，”他補充道。
只有另一種主要的環流被認為是“全球煙囪”。另一種（小得多）將空氣從低層大氣輸送到平流層的主要途徑是亞洲季風環流，它在夏季盛行。目前正在努力在亞洲季風區域進行類似的飛機觀測。研究人員還發現了可能顯著影響大氣化學的小型環流，例如北美季風和非洲上空的對流。
根據薩拉維奇的說法，這類專案的想法可以追溯到1999年。他說，然而，該專案直到最近才開始行動，因為涉及多架複雜飛機和研究團隊的工作需要很長時間才能計劃（特別是對於高海拔地區）。儘管收集過程現已結束，但科學家們仍有大量資料需要篩選，才能確定這個煙囪中究竟發生了什麼以及它未來可能對世界氣候產生什麼影響。“在這些任務期間收集的資料將作為基準，用於測試計算機模擬和未來氣候預測中熱帶地區的代表性，”薩拉維奇說。他指出，完整的分析可能持續兩年或更長時間。