化石燃料污染波及北极 对其大气化学成分产生了重大影响

据Nature Geoscience上的一份报告称，工业时代化石燃料的广泛使用对北极的污染影响开始显现。 研究人员在一个意想不到的地方发现了这一足迹--他们测量到，当空气污染开始加剧时，冰芯中捕捉到的海洋浮游植物活动的空气副产物甲烷磺酸（或MSA）减少了。

浮游植物是海洋食物网和碳循环中的关键物种，被认为是海洋对气候变化反应的风向标。 科学家们一直把 MSA 作为浮游植物生产力下降的指标，因此也是海洋生态系统陷入困境的指标。

但达特茅斯大学领导的研究小组报告说，在化石燃料燃烧产生的高排放环境中，即使浮游植物数量稳定，MSA 也会急剧下降。 他们的模型显示，这些排放物会导致浮游植物产生的初始分子--二甲基硫化物变成硫酸盐，而不是 MSA，从而导致 MSA 水平出现欺骗性下降。

研究人员发现，MSA 的急剧下降与工业化的开始相吻合。 当欧洲和北美在 19 世纪中期开始大量燃烧化石燃料时，格陵兰冰芯中的 MSA 开始急剧下降。 将近一个世纪后，在东亚大规模工业化前后，阿拉斯加冰芯中的同一生物标志物也开始急剧下降。

空气污染的长程影响

"我们的研究是一个鲜明的例子，说明了空气污染是如何大幅改变数千英里以外的大气化学成分的。"这项研究的第一作者、资深作者、达特茅斯大学地球科学副教授埃里希-奥斯特伯格（Erich Osterberg）实验室的研究生雅各布-查利夫（Jacob Chalif）说："亚洲或欧洲排放的污染并没有被控制在那里。"

"查利夫说："通过向世界释放这些污染，我们正在从根本上改变大气过程。在北极的这些偏远地区，我们看到了这些不可否认的人类印记，这表明地球上没有一个角落是我们没有触及过的。"

达特茅斯大学地球科学副教授埃里希-奥斯特伯格（Erich Osterberg，如图）实验室的研究人员发现，甲基磺酸（MSA）是海洋浮游植物活动在空气中产生的副产品，其含量在 20 世纪中叶急剧下降之前的几个世纪一直保持稳定。 他们首先研究了这种急剧下降是否表明北太平洋的海洋生产力崩溃，然后发现，在化石燃料燃烧产生大量排放物的环境中，即使海洋生态系统保持稳定，甲基磺酸也会急剧下降。 资料来源：塞斯-坎贝尔

奥斯特伯格说，这项新研究解开了围绕 MSA 重要性的一个长达数年的海洋之谜，他领导了从德纳利国家公园和保护区提取 700 英尺冰芯的工作，研究人员在分析中使用了该冰芯。 奥斯特伯格与研究共同作者、新英格兰大学教授卡梅隆-维克（Cameron Wake），以及卡尔-克鲁茨（Karl Kreutz）和达特茅斯09届校友多米尼克-温斯基（Dominic Winski '09）--他也于2018年从达特茅斯大学获得博士学位--在缅因州大学采集了这一冰芯。

德纳利冰芯以气泡、微粒和滞留在冰层中的化合物的形式包含了千年的气候数据，其中包括冰芯分析中常见的目标--MSA。 几个世纪以来，德纳利冰芯中的 MSA 一直在小幅波动，"直到 20 世纪中期，它才发生重大转变。"奥斯特伯格说。

奥斯特伯格的 ICE 实验室的研究人员开始研究 MSA 水平的急剧下降对北太平洋的影响，他们最初是由该研究的共同作者、达特茅斯 17 届校友大卫-波拉申斯基（David Polashenski）领导的。 奥斯特伯格和该研究的共同作者贝丝-科夫曼（Bess Koffman）（科尔比学院教授，曾在达特茅斯担任博士后研究员）后来测试了多种理论，以解释德纳利岛 MSA 下降的原因。 与格陵兰岛的研究一样，他们首先考虑的是 MSA 的下降是否是海洋生产力崩溃的证据，但没有任何结论。

查利夫接手这个项目的时候，这项研究的合著者、达特茅斯学院校友乌苏拉·琼格布洛德 (Ursula Jongebloed) ’18（现为华盛顿大学研究生）正在重新评估 2019 年的一项关于格陵兰岛冰芯的研究，该研究报告称，格陵兰岛的 MSA 从 19 世纪开始稳步下降。该研究将这种下降与亚北极大西洋浮游植物种群因洋流减缓而崩溃联系起来。

但琼格布洛德的工作促成了去年发表的一项研究，该研究报告称，格陵兰岛冰芯中发现的 MSA 下降并不是海洋生态系统崩溃的结果。相反，它们可能是由污染阻止了 MSA 的形成造成的。

查利夫和琼格布洛德于 2022 年在瑞士举行的一次会议上进行了交流，并讨论了格陵兰岛和德纳里岛的 MSA 记录。“我们重新考虑了我们之前的所有假设，”查利夫说。 “我们知道德纳利峰的 MSA 下降不是由于海洋生产力，所以我们知道一定与大气化学的某种变化有关。”

他们讨论了硝酸盐污染的可能影响，硝酸盐污染通常是通过燃烧化石燃料排放的。当天晚上，查利夫开始深入研究硝酸盐对 MSA 的影响。

“几乎每年，当德纳利峰的 MSA 下降时，硝酸盐就会飙升。格陵兰岛也发生了非常类似的事情，”查利夫说。“在德纳利峰，MSA 在 500 年内相对平稳，没有明显的趋势。然后在 1962 年，它急剧下降。硝酸盐的情况类似，但方向相反——它基本上在几个世纪内都保持平稳，然后突然上升。当我看到这一点时，我顿悟了。”

他们的研究结果表明，燃烧化石燃料产生的空气污染会扩散到大西洋和太平洋，并抑制北极 MSA 的产生。研究人员报告称，除了排除普遍的海洋生态系统崩溃的可能性外，这一发现还为利用 MSA 水平测量大气污染打开了一扇新的大门，尤其是在没有明显排放源的地区。

“海洋生态系统崩溃并不能解释 MSA 下降的原因，这些年轻的科学家弄清楚了真正发生了什么，”奥斯特伯格说。“对我来说，这是一种了解污染如何影响大气的新方法，好消息是，我们并没有看到我们以为的海洋生态系统崩溃。坏消息是空气污染导致了这种情况。”

格陵兰核心的数据显示，当欧洲和美国的空气污染变得更加规范时，当地大气开始稳定下来。随着氮污染水平下降，MSA 在 20 世纪 90 年代反弹。这是因为影响 MSA 的污染物氮氧化物会在几天内消散，而二氧化碳则会在大气中停留数个世纪。

“这些数据表明，法规对减少空气污染具有强大的作用，只要你关闭水龙头，就能立即见效，”奥斯特伯格说。“我担心年轻人会因为听到的都是坏消息而对环境危机视而不见。我认为，当我们听到好消息时，承认它是很重要的。在这里，我们看到法规是有效的。”

编译自/SciTechDaily