為了瞭解天空如何自我淨化，一個由澳大利亞和美國研究人員組成的團隊正在前往南極洲，以追蹤大氣中的主要清潔劑。透過深入極地冰層鑽探，科學家們希望確定自工業革命以來，天空清除一些消耗臭氧層化學物質和強效溫室氣體的能力發生了怎樣的變化——這些資訊可能有助於改進全球變暖的預測。
該專案的第一批成員本週前往東南極洲的勞穹頂，他們的鑽探地點。在那裡，他們希望獲取關於大氣中主要清潔劑——羥基自由基濃度的首批歷史資料。這種由氧原子與氫原子鍵合而成的高活性分子，可以分解空氣中約40種氣體。其中包括甲烷和氫氟碳化物，但不包括最普遍的溫室氣體——二氧化碳。
儘管對其他大氣氣體的研究已被用來推斷過去四十年羥基的丰度，但大氣化學家仍然將這種化學物質稱為“巨大的未知數”。
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倫敦帝國理工學院的環境科學家阿波斯托洛斯·武爾加拉基斯說：“當談到羥基從工業革命前到今天的演變過程時，我們或多或少處於黑暗之中。”“這項新的研究努力可以提供前所未有的關於更久遠過去的羥基變化的資訊，這令人興奮。”
高風險業務
在兩個半月的時間裡，該團隊將至少鑽取兩個冰芯（如果時間允許，則為三個），深度約為230米。然後，他們將融化這些冰芯，以提取冰凍時被困住的氣泡。這些樣本將代表大約1880年之前的大氣，當時人類活動產生的溫室氣體排放開始增加。
羥基自由基在大氣中自然形成，其反應涉及紫外線、臭氧和水蒸氣。但是，由於自由基在與其他氣體反應並將其分解之前只能持續大約一秒鐘，作為替代，該團隊將測量含有碳14同位素的微量一氧化碳。
一氧化碳中的碳14在大氣中由宇宙射線以已知速率產生，並且幾乎完全被羥基清除。因此，科學家可以使用其丰度的趨勢來推斷自由基的趨勢，澳大利亞阿斯彭代爾聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的大氣化學家、鑽探專案的共同負責人大衛·埃瑟裡奇說。
但是，測量含有碳14的一氧化碳的水平很棘手，因為大氣中只有幾公斤這種物質，埃瑟裡奇說。“我們正試圖測量南極冰中過去150年左右的少量這種物質。”
還存在冰芯被來自宇宙射線的外部碳14來源汙染的風險。這種高能輻射無法穿透冰層，但是一旦冰芯被取出，它們就有暴露的風險。紐約羅切斯特大學的冰芯科學家、共同負責人瓦西里·彼得連科說，這會干擾該團隊試圖測量的訊號。為了避免這種風險，研究人員將在現場融化冰並提取空氣。
長途跋涉
西雅圖華盛頓大學的冰芯科學家、團隊成員彼得·內夫說，組織裝置並將其運送到偏遠的冰原是一項巨大的後勤挑戰。
拖拉機將裝有裝置的巨型雪橇拖到勞穹頂鑽探地點，該地點距最近的研究站超過130公里。該團隊需要36天的時間來融化他們需要的冰，以獲得足夠的空氣樣本。“這是一場馬拉松，而不是短跑，”內夫說。
該專案由澳大利亞南極司和美國國家科學基金會共同資助。
一旦研究人員從南極洲返回，為了評估一氧化碳中碳14的水平，該團隊將把氣體轉化為二氧化碳，然後轉化為石墨，從中可以測量同位素。然後，科學家可以使用這些資訊來推斷南半球的羥基水平如何隨時間變化。
模型改進
到目前為止，關於羥基水平歷史趨勢的資訊僅來自大氣模型；這些模擬表明，從1850年到1970年代，濃度保持相當穩定，然後開始上升。武爾加拉基斯說，上升的主要原因是當時大氣變暖的加劇。
CSIRO的氣候建模師馬特·伍德豪斯說，從勞穹頂收集的資料將有助於確定大氣模型是否正確地捕捉到了這一趨勢，他將使用這些資訊來改進澳大利亞的全球化學氣候模型，稱為ACCESS。“我們解析羥基的能力不會徹底改變氣候模型，但會增強我們對它們的信心。”
武爾加拉基斯說，羥基的歷史和當前大氣濃度的準確影像對於制定其未來水平的更好預測至關重要。這將有助於更準確地預測影響氣候的氣體（如甲烷、大氣最低層的臭氧和氣溶膠）的未來丰度，這些氣體會被羥基從天空中清除。他說，這將更容易確定這些氣體對全球變暖的潛在貢獻。
本文經許可轉載，並於2018年11月20日首次發表。