在北极大气中发现的固体气溶胶可能会影响云的形成和气候

北极正在迅速失去海冰，更少的冰意味着更多的开放水域，更多的开放水域意味着更多的气体和气溶胶从海洋排放到空气中，使大气变暖并使其变得更加多云。

因此，当密歇根大学气溶胶科学家 Kerri Pratt 实验室的研究人员在 2015 年夏天从北极大气中收集气溶胶时，当时的博士生 Rachel Kirpes 发现了一件奇怪的事情：雾化的硫酸铵颗粒看起来不像典型的液体气溶胶。

与气溶胶科学家 Andrew Ault 合作，Kirpes 发现本应为液体的硫酸铵颗粒实际上是固体。该团队的研究结果发表在《国家科学院院刊》上。

固体气溶胶可以改变北极云层的形成方式。而且，随着北极冰层的消失，研究人员预计会看到更多这些由海洋排放物与鸟类氨结合形成的独特颗粒，这将影响云的形成和气候。此外，了解大气中气溶胶的特征对于提高气候模型预测北极及其他地区当前和未来气候的能力至关重要。

“北极的变暖速度比世界上任何其他地方都快。由于大气中开放水域的排放量更多，这些类型的颗粒可能变得更加重要，”化学、地球和环境科学副教授普拉特说。“这些类型的观测非常重要，因为我们几乎没有观测到甚至无法评估北极大气模型的准确性。

“由于观测很少，有时在进行测量时会出现这样的惊喜。这些粒子看起来不像我们在文献中、北极或世界其他任何地方看到的任何东西。”

研究中观察到的气溶胶高达 400 纳米，比人类头发的直径小约 300 倍。化学副教授奥尔特说，北极的气溶胶通常被认为是液体。

一旦大气的相对湿度达到 80%——大约是潮湿日子的水平——颗粒就会变成液体。当您将气溶胶干燥后，它不会变成固体，直到相对湿度约为 35%-40%。由于北冰洋或任何海洋上空的空气潮湿，研究人员预计会看到液态气溶胶。

“但我们看到的是一个相当新的现象，当湿度低于 80% 但高于 40% 时，一个小颗粒会与我们的液滴发生碰撞。本质上，这为气溶胶提供了一个表面，可以在更高的相对湿度下凝固并变成固体湿度超出了您的预期，”奥尔特说。

“这些粒子更像是大理石而不是液滴。这非常重要，特别是在没有大量测量的地区，因为这些粒子最终可能成为云的种子或在它们身上发生反应。”

此外，研究人员说，大气气溶胶的大小、组成和相位通过吸水和云的形成影响气候变化。

“我们的工作是继续帮助建模者完善他们的模型，”奥尔特说。“并不是模型错了，而是随着实地事件的变化，它们总是需要更多的新信息，而我们所看到的却是完全出乎意料的。”

Pratt 的团队于 2015 年 8 月至 9 月在阿拉斯加最北端的 Utqiaġvik 收集气溶胶。为此，他们使用了所谓的多级撞击器，这是一种具有多个阶段的装置，可根据颗粒的大小收集颗粒。Kirpes 后来在 Ault 的实验室中使用显微镜和光谱技术分析了这些粒子，这些技术可以检查尺寸小于 100 纳米的粒子的组成和相。

“如果我们回到几十年前岸边有冰的时候，即使是在 8 月和 9 月，我们也不会观察到这些粒子。我们正在观察这种气候已经发生变化的后果，”普拉特说。“我们需要在模拟云和大气的模型中捕捉到现实，这对于了解北极大气的能量预算至关重要，因为这个地方变化比其他任何地方都快。”

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