全球协作终见成效：环境领域重大胜利的科学启示

全球协作终见成效：环境领域重大胜利的科学启示 新的研究表明，大气中的氯氟烃（HCFCs）有所减少，这证实了《蒙特利尔议定书》在管制破坏臭氧层和导致全球变暖的物质方面的有效性。一项新的研究显示，在降低大气中对地球臭氧层有害的化学物质浓度方面取得了重大进展。这项研究证实，限制生产这些化学品的历史性法规取得了成功。研究结果首次表明，大气中被称为氯氟烃（HCFCs）的强效消耗臭氧层物质（ODS）的含量显著下降。这些氟氯烃也是有害的温室气体，因此减少氟氯烃的使用也会减少全球变暖。这项研究由布里斯托尔大学（University of Bristol）领导，今天（6月11日）发表在《自然-气候变化》（Nature Climate Change）杂志上。《蒙特利尔议定书》于 1987 年在国际上达成一致意见，对消耗臭氧层物质的生产和使用实行管制，消耗臭氧层物质曾广泛用于数百种产品的生产，包括冰箱、喷雾器、泡沫塑料和包装。氟氯烃是作为氯氟化碳（CFC）的替代品而开发的。虽然自 2010 年起全球已禁止生产 CFC，但仍在逐步淘汰 HCFC 的生产和使用。这张照片显示的是位于瑞士的高海拔综合碳观测系统（ICOS）少女峰站，这项研究就是利用它进行测量的。图片来源：Jungfrau.ch主要作者、大学化学学院玛丽-居里研究员卢克-韦斯特（Luke Western）博士说："这些结果非常令人鼓舞。他们强调了制定和遵守国际协议的重要性。如果没有《蒙特利尔议定书》，就不可能取得这样的成功，因此这是对应对平流层臭氧消耗的多边承诺的有力支持，在应对人类引起的气候变化方面也会带来更多益处"。哥白尼哨兵-5P 卫星的测量数据显示，2023 年南极上空出现臭氧空洞。图片来源：包含修改后的哥白尼哨兵数据（2023 年）/德国航天中心处理这项国际研究显示，所有氟氯烃所含的消耗臭氧层氯的总量在 2021 年达到峰值。由于这些化合物也是强效温室气体，它们对气候变化的影响也在这一年达到峰值。这一峰值出现在最新预测的五年前。尽管 2021 年至 2023 年间的降幅不到 1%，但仍表明氟氯烃排放正朝着正确的方向发展。Western 博士说："目前，全球正在逐步淘汰氟氯烃的生产，计划于 2040 年完成。反过来，这些氟氯烃正在被不消耗臭氧的氢氟碳化物（HFCs）和其他化合物所取代。通过实施严格的控制措施和促进采用对臭氧层无害的替代品，该议定书成功地遏制了向大气中释放氟氯烃的数量和水平"。这些结果依赖于全球分布的大气观测站的高精度测量，使用的数据来自高级全球大气气体实验（AGAGE）和美国国家大气与海洋管理局（NOAA）。共同作者、瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）大气科学家马丁-沃尔默（Martin Vollmer）博士说："我们采用了高灵敏度的测量技术和全面的协议，以确保这些观测结果的可靠性。"这项研究的共同作者、美国国家海洋和大气管理局研究科学家 Isaac Vimont 博士补充说："这项研究强调了我们在环境监测中保持警惕和积极主动的迫切需要，确保其他受控的臭氧消耗气体和温室气体也遵循类似的趋势，这将有助于为子孙后代保护地球。"参考资料全球减少有害温室气体和消耗臭氧层物质：《蒙特利尔议定书》的成功得到确认，2024 年 6 月 11 日，《自然-气候变化》。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现大规模野火会对平流层的臭氧层产生重大影响

研究发现大规模野火会对平流层的臭氧层产生重大影响 来自中国、德国和美国的科学家揭示了大规模野火事件与臭氧层化学之间意想不到的联系，凸显了地球大气层的脆弱平衡。这项研究今天（7 月 12 日）发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上，揭示了野火（如 2019/20 年澳大利亚的灾难性丛林大火）如何以以前从未见过的方式影响平流层。臭氧层是保护地球上的生命免受有害紫外线（UV）辐射的重要屏障，得益于《蒙特利尔议定书》，臭氧层已经走上了恢复之路。1987 年通过的这项具有里程碑意义的国际条约成功地淘汰了造成臭氧层消耗的多种物质的生产。在过去的几十年里，臭氧层出现了明显的愈合迹象，这是全球合作和环保政策的见证。然而，这一重要大气层的稳定性现在正面临着一个意想不到的新挑战。在 2019/20 年度澳大利亚野火期间，研究人员观察到平流层气溶胶急剧增加，这些微小颗粒会影响气候、健康和大气化学。利用先进的卫星数据和数值模型，研究小组成功地展示了野火通过一种新现象产生的影响：烟雾漩涡（SCV）。该研究的通讯作者之一、中国科学院大气物理研究所的苏杭教授解释说："SCV是一个强大的、充满烟雾的漩涡，它将野火排放物输送到平流层，高度可达35公里。这一过程导致南半球中间平流层的气溶胶负荷至少增加了一倍。这些气溶胶一旦到达如此高的高度，就会引发一系列影响臭氧浓度的异质反应"。国际研究小组发现，这些由野火引发的气溶胶促进了异质化学反应，从而在不同的大气层中同时导致臭氧消耗和臭氧增加。虽然低平流层的臭氧损失严重，但他们发现高空（即中平流层）气溶胶的化学反应增强导致臭氧增加。在南中纬度地区，这种复杂的相互作用成功地缓冲了特大山火事件后几个月在低平流层观测到的约 40%（最多 70%）的臭氧消耗。"我们的研究展示了一种意想不到的关键机制，即野火烟雾中的吸附性气溶胶（如黑碳）可以诱发并维持数千公里的巨大烟雾漩涡。这些漩涡可以持续数月，将气溶胶带入平流层深处，并以不同的方式影响不同高度的臭氧层。 "马普化学研究所的另一位通讯作者程亚芳教授说："这突出表明，随着气候变化的加剧，我们需要继续保持警惕和开展研究。"臭氧层过滤紫外线辐射的作用对于保护地球上的所有生命形式至关重要。《蒙特利尔议定书》在减少臭氧消耗物质方面取得的成功是一项不朽的成就，但新的研究结果突出表明，气候变化加剧的自然事件对这一脆弱的臭氧层构成了额外的风险。随着全球变暖导致野火发生的频率和强度不断增加，SCV 的形成及其对平流层的影响可能会变得更加普遍，从而威胁到臭氧层的微妙平衡。随着我们继续努力应对气候变化，了解这些新发现的大气过程至关重要。这项研究为研究野火和其他气候驱动事件在未来如何影响平流层化学和臭氧动态开辟了新途径。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

大气中的二氧化碳含量正在以"前所未有的速度"激增

大气中的二氧化碳含量正在以"前所未有的速度"激增 "在过去的一年里，我们经历了有记录以来最热的一年，有记录以来最热的海洋温度，以及一连串似乎无休止的热浪、干旱、洪水、野火和风暴，"美国国家海洋和大气管理局局长里克-斯平拉德在一份新闻稿中说。"现在，我们发现大气中的二氧化碳含量正在以前所未有的速度增加。"2024 年 5 月，诺阿莫纳罗亚大气基线观测站测量到的大气二氧化碳达到峰值，月平均值为百万分之 426.9，在夏威夷火山 66 年的观测记录中再创新高。研究人员在莫纳罗亚大气基线观测站测量了二氧化碳（CO2）的含量。他们发现，大气中的二氧化碳含量在 5 月份达到了季节性峰值，略低于百万分之 427，自 2023 年 5 月以来增加了 2.9 ppm，是 50 年数据记录中第五大年度增长。报告还正式指出，在过去两年中，五月份的峰值出现了最大的跃升此时北半球的二氧化碳含量最高。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）碳循环科学家约翰-米勒（John Miller）说，这种跃升可能是由于化石燃料的持续大量燃烧以及厄尔尼诺现象使地球吸收二氧化碳的能力变得更加困难。该图显示了在夏威夷莫纳罗亚天文台测量到的二氧化碳月平均值的完整记录。冒纳罗亚天文台的二氧化碳数据是直接测量大气中二氧化碳的最长记录该测量站二氧化碳含量的飙升甚至超过了去年设定的全球平均值，即 419.3 ppm，创历史新高，比工业革命前高出 50%。不过，美国国家海洋和大气管理局指出，他们的观测数据是专门在该观测站进行的，并不能"捕捉到全球二氧化碳的变化"，尽管事实证明全球测量数据与毛纳罗亚站的测量数据是一致的。二氧化碳测量"发出不祥信号"海洋大气署在新闻稿中说，测量结果"发出了不祥的信号"。斯克里普斯二氧化碳项目主任拉尔夫-基林（Ralph Keeling）在新闻稿中说："现在的二氧化碳不仅达到了数百万年来的最高水平，而且上升速度比以往任何时候都快。化石燃料燃烧会向大气中释放二氧化碳形式的污染，因此每年都会达到更高的最高值。化石燃料污染就像垃圾填埋场中的垃圾一样，不断累积。"国家海洋和大气管理局解释说，二氧化碳"就像大气中的毯子"就像其他温室气体一样，会放大太阳对地球表面的热量。虽然二氧化碳对保持全球气温在冰点以上至关重要，但如此高浓度的二氧化碳会使气温超过舒适和安全的水平。气候变暖正在助长极端天气事件，其后果已经显现，致命的洪水、热浪和干旱摧毁了世界各地的社区，农业也发生了艰难的转变。在美国国家海洋和大气管理局发布这一消息的前一天，欧盟气候变化服务机构哥白尼宣布，地球目前已连续 12 个月创下历史最高气温纪录，这一趋势"看不到任何改变的迹象"。"我们生活在一个前所未有的时代...这一连串最热的月份在人们的记忆中将是相对寒冷的。" ... PC版： 手机版：

新技术实现前所未有的月球测绘精度

新技术实现前所未有的月球测绘精度 科学家们开发出了从阴影到形状的增强技术，大大提高了绘制月球表面地图的效率和准确性。这项创新为任务规划人员提供了更详细的地图，特别是对月球南极等具有挑战性的地形。这幅以月球表面的国际天文学联合会（IAU）302号环形山为特色的斜视图是阿波罗10号宇航员于1969年5月拍摄的。图片来源：美国国家航空航天局布朗大学学者本杰明-博特莱特（Benjamin Boatwright）和詹姆斯-海德（James Head）的研究成果于5月28日发表在《行星科学杂志》（Planetary Science Journal）上，介绍了一种名为"从阴影到形状"（shape-from-shading）的绘图技术的改进。该技术用于创建月球地形的详细模型，勾勒出环形山、山脊、斜坡和其他地表危险。通过分析光线照射月球不同表面的方式，研究人员可以从二维图像的合成图中估算出物体或表面的三维形状。 加强月球安全与探索精确的地图可以帮助月球任务规划人员确定安全着陆点和科学兴趣区，使任务操作更加顺利和成功。布朗大学地球、环境与行星科学系博士后研究员、新论文的第一作者博特莱特说："它能帮助我们更好地了解那里到底有什么。"我们需要了解月球表面光照不足的地形，比如月球南极的阴影区，NASA的阿耳特弥斯（Artemis）任务就瞄准了那里。这将使自主着陆软件能够导航并避开可能危及任务的危险，如大石头和巨砾。因此需要尽可能高分辨率的地表地形图模型，因为细节越多越好。"伊纳不规则赤褐色斑块的现有模型（A、C、D）与研究中更详细、更清晰的阴影形状模型（B、E）的对比。资料来源：B.Boatwright，NASA/戈达德太空飞行中心/梅斯研究中心 简化绘图过程然而，精确地图的绘制过程是劳动密集型的，在涉及复杂的光照条件、不准确的阴影解释和处理地形变化时有其局限性。布朗大学的研究人员对"从阴影看形状"技术的改进主要集中在解决这些问题上。学者们在研究报告中概述了如何利用先进的计算机算法将大部分过程自动化，并显著提高模型的分辨率。研究人员说，新软件为月球科学家提供了工具，使他们能够以更快的速度绘制出包含更多细节的月球表面大图。 月球绘图的先进技术波特莱特说："从阴影到形状要求你使用的图像彼此完全对齐，这样一张图像中的特征在另一张图像中的位置就完全相同，这样才能建立起这些信息层，但目前的工具还不能让你随便给它一堆图像，它就能吐出一个完美的产品。我们采用了一种图像对齐算法，它能在一张图像中找出特征，并试图在另一张图像中找到相同的特征，然后将它们对齐，这样你就不必坐在那里手动追踪多张图像中的兴趣点，这需要花费大量的时间和脑力。"研究人员还采用了质量控制算法和额外的过滤器来减少对齐过程中的异常值，这些工具可以确保对齐的图像匹配，并移除对齐效果不佳的图像。通过只选择最终可用的图像，这样可以提高质量，并将精度降低到亚米级分辨率。这样的速度还可以检查更大的表面区域，从而提高这些地图的制作水平。 对比与未来应用研究人员将他们绘制的地图与其他现有地形模型进行比较，寻找月球表面特征的差异或误差，以此评估地图的准确性。他们发现，与传统技术生成的地图相比，利用从阴影到形状的改进方法生成的地图更加精确，能显示月球表面地形更微妙的特征和变化。在这项研究中，研究人员主要使用了月球轨道激光高度计和月球勘测轨道相机的数据，这些数据来自美国宇航局月球勘测轨道器上的仪器。科学家们计划使用他们改进的"从阴影到形状"软件（shape-from-shading）制作月球地图，并希望其他人也能在建模工作中使用该软件。这也是他们使用开源算法制作该工具的原因。 对月球探测的影响曾参与阿波罗计划的布朗大学地质科学教授海德说："这些新的地图产品大大优于我们在阿波罗任务期间的探索规划，它们将极大地改进阿耳特弥斯和机器人任务的任务规划和科学回报。"研究人员希望这一新工具能够提高美国国家航空航天局（NASA）和世界各地航天机构目前对月球科学和探索的兴趣。博特莱特说："让所有人都能使用这类工具，可以获得大量信息。这是一种平等的科学方式"。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

火山形成的化石揭示了三叶虫前所未有的细节

火山形成的化石揭示了三叶虫前所未有的细节 三叶虫是非常丰富的海洋节肢动物，有钙化的外骨骼保护，很容易制成化石。由于这些原因，这些动物在化石记录中得到了很好的体现。尽管如此，绝大多数化石都只包括外骨骼。但也有几个明显的例外，包括发现了三叶虫的大脑、鳃（在腿部）和消化道。这项最新研究的主题化石是在摩洛哥的高阿特拉斯山脉发现的，距今约 5.1 亿年。它们是在浅海发生火山爆发时形成的，火山爆发后，海底的两种三叶虫很快被一层厚厚的热火山灰覆盖。三叶虫 Gigoutella 的 X 射线重建图，其中保留了所有的体节 Arnaud MAZURIER，IC2MP，普瓦捷大学在随后的几千年里，火山灰硬化成石头，而三叶虫的尸体则在其中腐烂。这一过程最终在石头内部留下了精细的三叶虫形状的空洞，国际科学家小组通过 CT 扫描和计算机建模的"虚拟 X 射线切片"对这些空洞进行了成像。这一发现被描述为史前版的庞贝古城，这座古罗马城市在附近的维苏威火山爆发时被火山灰覆盖。火山爆发后，火山灰变硬，遇难者的尸体在火山灰中形成了空洞。三叶虫Protolenus头部和躯干前肢的X射线重建图 Arnaud MAZURIER，IC2MP，普瓦捷大学其中，高阿特拉斯地区的三叶虫化石包括一些细节，如细毛状结构（沿着这些生物的附肢），以及类似软体动物的小型腕足类动物的身体，它们通过肉质茎附着在三叶虫的外壳上。化石还显示，嘴巴周围用于进食的特化腿具有弯曲的勺状基部。此外，以前人们认为三叶虫有三对这样的附肢，而"新"化石显示它们有四对。此外，一种被称为唇瓣的肉质口盖叶也首次被证明存在于三叶虫体内。甚至还可以对这些生物的消化道进行成像，这些消化道在被火山灰填满后以一种更传统的方式变成了化石。"首席科学家、法国普瓦捷大学的 Abderrazak El Albani 教授说："作为一名研究过不同年代、不同地点化石的科学家，在火山环境中发现保存状态如此完好的化石，对我来说是一次令人振奋的经历。"这些发现有望为我们地球上的生命进化带来重大发现"。有关这项研究的论文最近发表在《科学》杂志上，布里斯托尔大学、伦敦自然历史博物馆、摩洛哥卡迪阿亚德大学和澳大利亚新英格兰大学的科学家也参与了这项研究。 ... PC版： 手机版：

太空垃圾焚毁时所产生的氧化铝颗粒正在侵蚀地球的臭氧层

太空垃圾焚毁时所产生的氧化铝颗粒正在侵蚀地球的臭氧层 数以千计的卫星被部署到"巨型恒星"中，以满足对全球互联网服务日益增长的需求，还有更多的卫星计划在不久后发射。然而，这些小巧的卫星运行寿命很短，而且在重返大气层时会释放出对臭氧层有害的污染物。最近发表在《地球物理研究快报》上的一项研究首次量化了这种污染的程度。图片来源：SpaceX/公有领域1987 年《蒙特利尔议定书》成功管制了破坏臭氧层的氯氟化碳，保护了臭氧层，缩小了南极上空的臭氧空洞，并有望在未来五十年内恢复。然而，氧化铝的意外增加可能会打断未来几十年在臭氧恢复方面取得的进展。在低地球轨道上的8100 个物体中，有 6000 个是过去几年发射的 Starlink 卫星。对全球互联网覆盖的需求推动了小型通信卫星群发射的快速增长。SpaceX公司是这项事业的领跑者，已获准发射另外 12,000 颗 Starlink 卫星，计划发射多达 42000 颗卫星。研究报告的作者说，亚马逊和全球其他公司也在计划发射 3000 到 13000 颗卫星。低地球轨道上的互联网卫星寿命很短，约为 5 年。随后，公司必须发射替代卫星来维持互联网服务，这就延续了计划内淘汰和计划外污染的循环。氧化铝引发的化学反应会破坏平流层臭氧，而臭氧可以保护地球免受有害紫外线的辐射。氧化铝不会与臭氧分子发生化学反应，而是引发臭氧和氯之间的破坏性反应，从而消耗臭氧层。由于氧化铝不会被这些化学反应消耗掉，因此它们可以在平流层中漂移数十年，继续破坏一个又一个臭氧分子。然而，人们很少关注卫星落入高层大气并燃烧时形成的污染物。早期对卫星污染的研究主要集中在将运载火箭推进太空的后果上，如火箭燃料的释放。这项新研究由南加州大学维特比工程学院的一个研究小组完成，作者说，这是对高层大气中这种长寿命污染程度的首次实际估计。新研究的通讯作者、南加州大学宇航学研究员约瑟夫-王（Joseph Wang）说："直到最近几年，人们才开始认为这可能会成为一个问题。我们是最早研究这些事实可能带来的影响的团队之一。"这项研究发表在开放获取的 AGU 期刊《地球物理研究快报》上，该期刊发表的都是影响力大、格式短小、对地球和空间科学有直接影响的报告。由于实际上不可能从正在燃烧的航天器上收集数据，以前的研究使用对微流星体的分析来估计潜在的污染。但是微流星体中的铝含量很少，而铝是占大多数卫星质量 15%-40%的金属，因此这些估计值并不适用于新的"蜂群"卫星。为了更准确地了解卫星重返大气层所造成的污染，研究人员对卫星材料的化学成分和内部键在分子和原子水平上的相互作用进行了建模。研究结果让研究人员了解了材料在不同能量输入下的变化情况。研究人员发现，2022 年，重返大气层的卫星使大气中的铝含量比自然水平增加了 29.5%。建模显示，一颗典型的 250 千克（550 磅）卫星如果有 30% 的质量是铝，那么它在重返大气层的过程中将产生约 30 千克（66 磅）的纳米氧化铝颗粒（大小为 1-100 纳米）。这些微粒大多产生于距离地球表面 50-85 公里（30-50 英里）的中间层。研究小组随后根据颗粒大小计算出，氧化铝需要长达 30 年的时间才能漂移到平流层高度，而地球上 90% 的臭氧都位于平流层。研究人员估计，到目前计划的卫星星座完成时，每年将有 912 公吨（1005 美吨）铝落到地球上。这将每年向大气层释放约 360 公吨（397 美吨）氧化铝，比自然水平增加 646%。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1029/2024gl109280 ... PC版： 手机版：