云在全球氣候中扮演著重要角色。它將陽(yáng)光反射回太空，并控制著降雨，對(duì)地球的輻射平衡和氣候具有重要影響。

云的形成需要凝結(jié)核，而海洋生物大量排放的二甲基硫醚 (DMS; CH3SCH3)是氣溶膠粒子產(chǎn)生和成長(zhǎng)的主要前體，能夠幫助形成云。

美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局等機(jī)構(gòu)完成的一項(xiàng)新研究表明，海洋排出的DMS中超過三分之一無(wú)法幫助云形成，這是因?yàn)橐恍〥MS因已有的云而“消失”。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)大大改變了人們對(duì)海洋生物如何影響云的普遍理解，并可能改變科學(xué)家預(yù)測(cè)云形成如何響應(yīng)海洋變化的方式。

DC-8 研究飛機(jī)飛過海洋邊界層時(shí)的視圖

相關(guān)研究于10月12日在知名學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上發(fā)表，論文標(biāo)題為“Rapid cloud removal of dimethyl sulfide oxidation products limits SO2 and cloud condensation nuclei production in the marine atmosphere”（云中二甲基硫醚氧化產(chǎn)物的快速除去限制了海洋大氣中SO2和云凝結(jié)核的產(chǎn)生）。

“人們很早就知道許多海洋浮游生物可以有效率地產(chǎn)生DMS，然后將其作為氣體排放到大氣中。一般認(rèn)為，DMS 在大氣中被氧化成硫酸，導(dǎo)致原始海洋環(huán)境中新粒子的成核，最終長(zhǎng)大到足以使云成核的粒子大小。這代表了海洋生物學(xué)和云物理學(xué)之間的迷人聯(lián)系。這是一個(gè)簡(jiǎn)潔的故事……然而，將 DMS與硫酸相聯(lián)系的很多化學(xué)反應(yīng)此前都是未知的。這就是我們研究的所在?！痹撜撐耐ㄓ嵶髡?、華盛頓大學(xué)麥迪遜分?；瘜W(xué)教授Timothy Bertram接受澎湃新聞（m.dbgt.com.cn）記者采訪時(shí)表示。

DMS的海洋排放是大氣中還原硫的最大天然來(lái)源。DMS的氧化最終導(dǎo)致硫酸和甲磺酸的產(chǎn)生，這有助于氣溶膠顆粒的形成和生長(zhǎng)。

由于對(duì)全部DMS的氧化產(chǎn)物的直接觀察有限，這使得解釋全球二氧化硫產(chǎn)量估計(jì)值（31%至98%）的巨大變化具有挑戰(zhàn)性，而SO2 是硫酸鹽氣溶膠的直接前體。全球模型中 DMS 氧化的不完整表征，則導(dǎo)致了DMS 排放對(duì)云凝結(jié)核和氣候影響估計(jì)的不確定性。

之前，研究者發(fā)現(xiàn)，DMS變成硫酸的過程中首先會(huì)氧化變成 HPMTF，這是一種之前未被認(rèn)識(shí)的分子。

“發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》的第一篇論文(Veres等人，2020)中，研究小組使用全球飛機(jī)觀察，表明DMS氧化的教科書圖片是不正確的，單分子異構(gòu)化化學(xué)導(dǎo)致形成了的穩(wěn)定中間體——HPMTF。那篇論文通過觀察指出了這一點(diǎn)，但當(dāng)時(shí)我們不知道HPMTF到哪去了?！?Bertram表示。

“這篇新論文中，我們使用一系列飛機(jī)測(cè)量和全球模型定量地表明，這種穩(wěn)定的中間體(HPMTF)被云除去了?！?/p>

此項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用美國(guó)宇航局裝載儀器的飛機(jī)DC-8，在晴朗天空開闊海面上的云層中對(duì)這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量。

根據(jù)數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)HPMTF很容易溶解到現(xiàn)有的云的水滴中，從而永久地從云核化過程（核化過程是指形成云霧質(zhì)粒的過程）中除掉了硫。硫的損失降低了小顆粒的形成率，從而降低了云核本身的形成率；而在沒有云的地方，更多的HPMTF就能留存下來(lái)變成硫酸，幫助形成新的云。

研究者使用一個(gè)大型全球海洋大氣化學(xué)模型來(lái)解釋這些測(cè)量結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)，DMS中的硫36%按照上述方式流失到云中，另外15%會(huì)通過其他過程流失。因此，海洋浮游生物釋放的硫中，只有不到一半能幫助形成云團(tuán)。

“從本質(zhì)上講，這種新化學(xué)物質(zhì)（HPMTF）關(guān)閉了硫酸和成核的道路。除了該化學(xué)物質(zhì)之外，這篇論文的酷炫之處在于，我們可以使用飛機(jī)觀測(cè)來(lái)量化分子在云中的損失率，這是以前從未做過的事情，大多數(shù)大氣化學(xué)家都避開云在改變大氣化學(xué)方面的作用。 這使我們能夠關(guān)閉 HPMTF 形成和損失的預(yù)算?！盉ertram表示。

多云天空條件下 HPMTF 標(biāo)量收支的組成

此前，研究人員基本都忽略了云對(duì)海洋化學(xué)過程的影響，部分原因是很難從云層中獲得數(shù)據(jù)。此項(xiàng)新研究不僅彰顯了數(shù)據(jù)獲取工具的力量，而且表明，云的形成過程中已有的云可以發(fā)揮重要作用。

“該項(xiàng)目代表了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)研究人員之間的大規(guī)模合作?！?Bertram表示，此項(xiàng)研究克服的最主要挑戰(zhàn)是在海洋上的云中獲取新的測(cè)量數(shù)據(jù)?！斑@是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的采樣環(huán)境，進(jìn)行這些測(cè)量的美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局團(tuán)隊(duì)和美國(guó)航天局機(jī)組人員在進(jìn)入研究區(qū)域方面做得很出色?！?/p>