南太平洋一座巨大的海底火山可能揭示了一种应对气候变化的令人惊讶的新武器。2022年洪阿哈阿帕伊岛火山喷发后，科学家在大气中检测到了大量甲醛——这是甲烷（地球上最强效的温室气体之一）正在被破坏的明显迹象。研究人员目前认为，火山灰与含盐海水及阳光混合后产生了活性氯颗粒，有效地“清除”了此次喷发本身释放的部分甲烷。
利用卫星观测，科学家在喷发产生的巨大火山烟羽内部检测到了异常高水平的甲醛。这一发现立即引起了他们的注意，因为甲醛是甲烷在大气中分解时产生的。
“当我们分析卫星图像时，我们惊讶地发现一团具有创纪录高浓度甲醛的云层。我们能够追踪这团云层长达10天，一直到南美洲。因为甲醛只能存在几个小时，这表明该云层必定持续破坏甲烷超过了一周，”该研究的第一作者、来自 Acacia Impact Innovation BV 的 Maarten van Herpen 博士解释道，该研究刚刚发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。
“众所周知，火山在喷发期间会排放甲烷，但直到现在人们才知道火山灰也能够部分清除这种污染，”他补充道。
火山灰、海盐和阳光触发了化学反应
研究人员认为，这次喷发激活了一种他们此前在完全不同的环境中发现的罕见化学过程。
在2023年发表的早期研究中，科学家发现，从撒哈拉沙漠吹越大西洋的沙尘可以与海浪飞沫中的盐分结合，形成被称为铁盐气溶胶的微小颗粒。当阳光照射这些颗粒时，会释放出氯原子。这些氯原子与甲烷发生反应，帮助将其在大气中分解。这一发现显著改变了科学家对对流层大气化学的理解。
“新的发现——也是完全令人惊讶的——是同样的机制似乎出现在位于平流层高处的火山烟羽中，那里的物理条件完全不同，”哥本哈根大学化学系的 Matthew Johnson 教授说道，他是这两项发现背后的研究人员之一。
在汤加火山喷发期间，大量含盐海水与火山灰一起被喷射到平流层中。研究人员认为，阳光与这种混合物的相互作用产生了高活性氯，进而帮助破坏了喷发期间释放的甲烷。卫星检测到的异常高水平的甲醛作为证据，表明甲烷分解正在发生。
科学家称全球甲烷估算可能需要修正
这一发现还表明，科学家可能需要重新思考全球甲烷收支，该收支估算有多少甲烷进入和离开地球大气层。
“我们现在知道大气中的灰尘——例如来自火山喷发的——会影响甲烷收支，即有多少甲烷被添加到大气中以及有多少被移除的收支情况。因为此前没有考虑到灰尘，所以修正这些估算所基于的数据非常重要，”Matthew Johnson 说。
为什么甲烷对气候变化至关重要
甲烷导致了目前全球变暖的大约三分之一。在20年的时间里，甲烷捕获的热量大约是二氧化碳（CO2）的80倍。然而，与二氧化碳不同，甲烷不会在大气中存留数个世纪。它通常在大约10年内分解。
由于甲烷的大气寿命较短，减少甲烷污染可以相对较快地产生气候效益。科学家有时将减少甲烷描述为气候变化的“紧急刹车”，因为降低甲烷水平有助于在未来十年内减缓变暖，并可能降低气候临界点的风险。然而，研究人员强调，削减二氧化碳排放对于长期气候稳定仍然至关重要。
发现可能启发未来的气候技术
该团队表示，这些发现可能有助于推进人工加速从大气中移除甲烷的工作。世界各地的科学家目前正在探索几种可能的方法，但准确测量甲烷移除一直是一个主要挑战。
“你如何证明甲烷已经从大气中移除了？你怎么知道你的方法有效？这非常困难。但在这里，我们通过展示甲烷分解实际上可以利用卫星观测到，从而解决了这个问题，”该研究的资深作者、来自荷兰皇家气象研究所的 Jos de Laat 博士说。
该研究依赖于欧洲航天局哨兵-5P（Sentinel-5P）卫星上的 TROPOMI 仪器，该仪器每天追踪全球各地的温室气体和空气污染。
“从平流层火山烟羽中的 TROPOMI 数据中提取甲醛远远超出了该仪器的标准工作条件——我们必须针对信号的不寻常高度仔细校正卫星的灵敏度，并考虑高浓度二氧化硫的干扰。正确进行这些校正确认我们所看到的是真实的至关重要，”比利时皇家空间高层大气研究所的 Isabelle De Smedt 博士说。
研究人员认为，这一发现最终可能会启发旨在减少甲烷污染的实用工程解决方案。
“对于工业界来说，尝试复制这种自然现象是一个显而易见的想法——但前提是必须证明它是安全有效的。我们的卫星方法可以提供一种途径，帮助弄清楚人类如何减缓全球变暖，”Matthew Johnson 总结道。
关于这项研究
- 研究人员估计，汤加火山喷发释放了大约300吉克（Gg）的甲烷，这一数量相当于200多万头奶牛一年的甲烷排放量。与此同时，火山烟羽每天移除约900兆克（Mg）的甲烷，相当于大约200万头奶牛的日排放量。
- 该研究发表在《自然-通讯》上。
- 研究团队成员包括 Maarten van Herpen（荷兰 Acacia Impact Innovation BV）；Isabelle De Smedt（比利时皇家空间高层大气研究所）；Daphne Meidan 和 Alfonso Saiz-Lopez（西班牙国家研究委员会 CSIC）；Matthew Johnson（丹麦哥本哈根大学）；Thomas Röckmann（荷兰乌得勒支大学）；以及 Jos de Laat（荷兰皇家气象研究所）。
- 该工作得到了 Spark Climate Solutions 的支持。