太陽粒子如何影響地球氣候變化:它會破壞我們的臭氧層

2021年04月02日12:42:08 科學 1020

北京時間 4 月 2 日消息,當我們思考太陽對地球的氣候產生影響時,通常會想到太陽輻射,我們非常清楚紫外線輻射灼傷皮膚所帶來的痛苦。儘管太陽為地球生命提供能量,但潛在的危險似乎無處不在。太陽是一顆活躍的恆星,不斷地釋放所謂的“太陽風”—— 主要由質子和電子組成的帶電粒子,以每秒數百公里的速度噴射出來。

一些帶電粒子在地球磁場的引導下進入地球極地大氣層,因此我們可以在南半球看到神秘美麗的南極光,以及北半球的北極光。這種可見太陽粒子進入地球大氣層的表現是一種表徵現象。但不僅僅是發出光線,太陽釋放的帶電粒子還會產生其他方面的影響。

太陽粒子如何影響地球氣候變化:它會破壞我們的臭氧層 - 天天要聞

地球的磁場保護我們不受太陽風的影響,引導太陽粒子前往極地地區

太陽粒子和地球臭氧

當太陽粒子進入地球大氣層,太陽粒子的高能量會電離地球大氣的中性氮、氧分子,這兩種分子佔地球大氣 99% 的成分,太陽粒子也被稱為“高能粒子降雨”,得名於它像來自太空的粒子雨,是地球極地上空 30 千米以上區域大氣電離的主要來源,它會引發一系列的反應,產生促進破壞臭氧的化學物質。

據悉,太陽粒子對地球大氣層臭氧產生影響最早是 1969 年觀測到的,自 21 世紀初之後,基於陸續發射升空的新型觀測衛星,科學家掌握越來越多的證據表明,太陽粒子在影響極地臭氧方面發揮着重要作用。在太陽活動特別活躍的時候,當太陽向太空釋放大量粒子時,海拔 50 千米以上的地區多達 60% 的臭氧會被消耗,該影響可能持續幾個星期。

在更低的地球大氣位置,大約低於距離地球表面 50 千米的區域,太陽粒子是造成極地臭氧水平逐年發生變化的重要因素,太陽粒子襲擊將持續導致臭氧損失,然而,最近一項研究表明,太陽粒子還有助於抑制南極臭氧空間進一步損耗。

臭氧如何影響地球氣候

地球大氣層中的臭氧大部分位於距離地球表面 20-25 千米的薄層 ——“臭氧層”,但是臭氧在大氣中無處不在,從地球表面至海拔 100 千米之上,它是一種溫室氣體,在加熱和冷卻大氣中發揮着關鍵作用,這使得它對氣候系統至關重要,在南半球,極地臭氧的變化會影響區域氣候條件。

太陽粒子如何影響地球氣候變化:它會破壞我們的臭氧層 - 天天要聞

▲ 最近,一架從新西蘭起飛的包機從空中拍攝到了南極光,與北半球的極光相比,它們被拍攝的次數較少

臭氧在南極洲上空的耗竭產生了降溫效應,反之促進了環繞南極洲的西風急流,隨着南極臭氧空洞的逐漸恢復,西風急流會進一步向北蜿蜒,影響降雨模式、海洋表面溫度和洋流,南環模型描述了環繞南極地區的風帶由北至南運動狀況。

臭氧對未來的氣候預測十分重要,它不僅存在於稀薄的臭氧層,而且從整個大氣層了解影響臭氧變化的因素至關重要,無論是人為因素還是像太陽這樣的自然因素。

太陽粒子如何影響地球氣候變化:它會破壞我們的臭氧層 - 天天要聞

▲ 太陽粒子使大氣中的氮分子和氧分子電離,從而導致其他化學反應,破壞臭氧層

太陽產生的直接影響

太陽粒子和臭氧之間的聯繫是非常明確的,但是太陽粒了對氣候會產生怎樣的直接影響呢?我們有觀測證據表明,太陽活動影響地球兩極區域氣候變化,氣候模型還顯示,這種極地效應與更大的氣候模式(例如北部和南部環形模式)有關,並影響中緯度地區的地理條件。

太陽對地球產生具體詳細的影響尚不清楚,但太陽粒子對氣候系統的影響將首次納入即將舉行的政府間氣候變化專門委員會(IPCC)評估的氣候模擬。

通過太陽輻射和粒子作用,太陽為我們的氣候系統提供了關鍵的能量輸入。雖然太陽磁場活動周期為 11 年,但它們不能解釋最近由於氣候變化而導致的全球氣溫快速上升。

我們知道地球大氣中不斷增多的溫室氣體正在導致地球表面溫度升高(19 世紀物理學家就已知道這一氣候趨勢),同時,我們還明白人類活動促進大氣溫室氣體不斷增多,這兩個因素結合在一起將解釋當前我們所觀測到的全球氣溫升高現象。

太陽粒子對雲層的影響如何?

雲層位於大氣低端位置,比大多數太陽粒子穿透大氣層的位置低很多,太陽粒子被稱為星際射線,它們可能與雲層形成密切相關。

專家曾認為,宇宙射線可以影響凝結核的形式,而凝結核相當於雲層的“種子”,但近期歐洲核子研究中心(CERN)研究表明,這種影響微不足道,不會對雲層形成起到重要作用。但該研究並未排除宇宙射線影響雲層形成的其他機制,但迄今為止未發現相關證據支持。

科學分類資訊推薦

相比AI,我們更期待人類的回復;生活方式工業化與炎症性衰老相關?埃及祖先的新線索 | 一周論文新鮮讀 - 天天要聞

相比AI,我們更期待人類的回復;生活方式工業化與炎症性衰老相關?埃及祖先的新線索 | 一周論文新鮮讀

關注+星標,好搭檔不錯過7.7本周值得讀來自《自然》旗下期刊的新近發表,我們為您精選呈現。1. 將AI回復標記為人類回復能增強同理心2. 並非所有人群的衰老都與慢性炎症相關3. 古DNA揭示埃及祖先4. 擬態是否成功取決於觀察者的視角心理學 | 將AI回復標記為人類回復能增強同理心Comparing the value of perceived human
全新影響因子!科研人必備《期刊手冊》 - 天天要聞

全新影響因子!科研人必備《期刊手冊》

開放科學(Open Science)是透明、值得信賴、且可供所有人使用、重複使用並借鑒的科學,它能帶來更快、更可持續的科學發展以及更為廣泛的益處,而開放獲取(Open Access)是這一切的基礎。以OA形式發表研究,也能為研究人員和作者帶來影響力和可見度等諸多益處: 金色OA具有更大程度的引用優勢,更多的使用量和更廣的影響范...
深度科普:光飛行一光年需要一年嗎?光:我只需要一瞬間! - 天天要聞

深度科普:光飛行一光年需要一年嗎?光:我只需要一瞬間!

在日常生活中,我們對速度的理解往往基於牛頓力學體系下的相對速度概念。比如,當我們坐在一輛行駛的汽車上,觀察到車外的物體在以一定的速度向後移動,這個速度是相對於汽車這個參考系而言的。然而,光的速度卻截然不同,無論在何種參考系中測量,光在真空中
超導量子計算機關鍵核心設備之一:本源量子批量出口稀釋制冷機 - 天天要聞

超導量子計算機關鍵核心設備之一:本源量子批量出口稀釋制冷機

IT之家 7 月 7 日消息,本源量子今日宣布自主稀釋制冷機獲國際訂單,將批量出口“一帶一路”國家,標誌着我國自主量子計算核心裝備在國際化進程中邁出關鍵一步。▼ 本源 SL400 稀釋制冷機稀釋制冷機是超導量子計算機的關鍵核心設備之一,能夠為量子計算機提供接近絕對零度(IT之家註:-273.15℃)的極低溫運行環境,除量子...
自然之美:布氏葦鶯 - 天天要聞

自然之美:布氏葦鶯

布氏葦鶯:雀形目、鶯科、葦鶯屬鳥類,屬小型鳥類。體長12-15厘米,體重10-12克。其中國內主要分布於新疆以及香港,主要棲息於湖泊、河流、水庫、水塘、溪流、沼澤等不同水域附近的灌木叢、蘆葦叢以及草叢中。
超絕!夏日的瀋陽!今天4時5分正式進入…… - 天天要聞

超絕!夏日的瀋陽!今天4時5分正式進入……

今日4時5分 我們迎來“小暑”節氣小暑,暑氣漸盛雖還未到最酷熱之時卻已奏響了盛夏的序曲年方過半 季夏正始小暑,又稱“小熱”暑氣蒸騰、熱浪翻湧雖未到三伏極盛之時但此時的沈城已浸滿了夏日的濃烈氣息此時節氣溫飆升最高可達35℃雷雨也時常突襲悶熱與