2018 年 6 月到 11 月,美國加尼福利亞州的山火斷斷續續地燒了小半年,到入冬方才算徹底平息。這次山火造成 35 億美元的經濟損失,直接導致 104 人死亡,數萬人被迫逃離家園。
2020年加州再燃大火,焚燒面積再超從前,又創記錄。
澳洲大火從2019年7月燒到2020年2月,共燒了210多天一共產生了4.34億噸的二氧化碳。1000萬公頃的土地和植被遭破壞,近30億動物受影響,超過10億隻動物死於山火,部分物種甚至瀕臨滅絕。
遇到山火蔓延,我們必然期待天空能聚集雲層,來一場大雨削減火勢。
然而,大自然以神秘的方式運作,研究人員開始尋找山林野火與雲的構成之間的聯絡。
暖雲
即使是最乾淨的空氣,也包含氣溶膠顆粒(懸浮在空氣中的固體或液體顆粒)。非氣態的物質表面能幫助水從蒸氣轉變為液體,此過程稱為冷凝。這些粒子中的一些被稱為雲凝結核或冰核。
雲凝結核或CCN也稱雲種子,是通常為0.2 µm的小顆粒,是水蒸氣在其上凝結的雲滴大小的1/100 。隨著空氣冷卻,其相對溼度將上升到100%或更高,並且水蒸氣分子將結合或凝結在懸浮在大氣中的顆粒上。冷凝將優先發生在含有水溶性(吸溼)材料的顆粒上。
在大氣中,雲凝結核常以微小固體或液體顆粒的形式出現。當不存在任何雲凝結核時,水蒸氣若想凝結成液滴,需要其在約-13°C下過冷5-6小時。
大氣中雲凝結核數量的增加有望改變雲的特徵。例如,已經觀察到船舶的排放物導致其上方的海洋地層雲中的液滴數量增加。如果雲中存在恆定量的液態水,則平均液滴尺寸會更小。較高的較小液滴濃度會反射更多的陽光,因此,如果汙染引起的粒子在足夠大的範圍內改變了雲層,則會影響氣候。
冷雲
雲滴甚至可以在低至-40°C的較低溫度下以液態形式存在,被稱為雲滴的“過冷”。只有在低於-40°C的溫度下,才能使很小的液滴變得容易凍結。但在-40至0°C的中間溫度上,稱為冰核的粒子可以輕易引發冰晶的凍結。
冰核也被稱為冰成核粒子(INP),是其充當顆粒核用於在大氣形成冰晶體。淺雲中冰核顆粒的濃度是雲氣候反饋的關鍵因素。它們在使雲層帶電並引起閃電的過程中起重要作用,而且冰核比雲凝結核要稀少得多。
現有研究發現,森林野火增加了空氣中冰核的濃度,加速了雲的生成。
由於野火會產生大量的顆粒物,因此它們可能會極大地影響本地雲的生成。在美國西部的2018年野火季節期間,研究人員對煙羽中取樣的冰粒子進行了分析。他們的結果表明,與正常空氣相比,煙羽中的冰粒子數量增加了2個數量級。但是,顆粒的具體型別及其增長的確切程度在很大程度上取決於給定火的條件(例如,燃燒的位置和植被),甚至取決於火的溫度。而且,對於所有樣品,冰粒子均以有機材料為主。
電子顯微鏡還顯示,在某些條件下,微小的球形焦油球佔冰粒子總數的四分之一左右。研究人員認為,這些焦油球對源自野火的冰粒子的總體貢獻可能還取決於燃料和火種,這是“一個懸而未決的問題”。
除此之外,許多不同型別的大氣顆粒物都可以充當天然的冰核,包括由沙漠塵埃,煤煙,有機物,細菌(例如丁香假單胞菌),花粉,真菌孢子和火山灰組成的那些。
但是關於這些粒子的空間分佈,它們透過冰雲形成對全球氣候的總體重要性以及人類活動是否在改變這些影響方面發揮了多少作用依舊知之甚少。
總結
於自然界而言,山火能促進雲的形成,增加降雨,滋養下一代生物,同時也加快了碳迴圈的速度。總體而言,山火對地球是件好事,但對於人類而言就是一場災難了。
我們所謂的“保護自然環境”,真實的意思應該是“保護對人類有利的自然環境”,但是我們似乎連這也沒做好。
地球上面的物種換了一代又一代,地球才懶得在乎人呢!