这一发现的意义可能远不止于一次单一的火山喷发。科学家们对减少大气中甲烷的方法越来越感兴趣，因为这种气体是全球变暖的主要推手之一，且其消失速度远快于二氧化碳。了解自然界如何加速这一过程，最终可能有助于研究人员开发出减缓近期变暖的新策略。
火山云中的奇异信号
研究人员利用卫星对喷发产生的巨大烟羽进行观测，从而得出了这一发现。他们检测到了异常高浓度的甲醛，这种化学物质为云层内部发生的情况提供了重要线索。
在大气中分解甲烷的化学反应过程中会短暂产生甲醛。由于甲醛存在的时间很短，异常大量的甲醛可以作为一种化学指纹，表明甲烷的破坏正在活跃地进行。
“当我们分析卫星图像时，我们惊讶地发现了一朵甲醛浓度创纪录的云。我们能够追踪这朵云长达10天，一直到南美洲。因为甲醛只能存在几个小时，这表明这朵云肯定在持续不断地破坏甲烷超过一周，”该研究的第一作者、来自Acacia Impact Innovation BV的马腾·范·赫彭（Maarten van Herpen）博士解释道，该研究发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
“众所周知，火山在喷发时会排放甲烷，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。
200万头奶牛的日排放量
根据研究人员的计算，该火山在喷发期间释放了约300千兆克（Gg）的甲烷。这大致相当于超过200万头奶牛一年的甲烷排放量。
与此同时，该烟羽每天去除了约900兆克（Mg）的甲烷，这一数量相当于200万头奶牛的日排放量。
盐、阳光与意想不到的化学反应
研究人员认为，这一现象的解释涉及火山灰、海水和阳光的不寻常结合。这种基础化学反应最早由科学家在2023年发现，尽管当时是在一个非常不同的环境中。
在早期的研究中，科学家发现撒哈拉沙漠的沙尘被携带穿越大西洋后，会与海浪破碎时释放的海盐混合。这些物质共同形成了被称为铁盐气溶胶的微小空气颗粒。气溶胶是悬浮在大气中的微观颗粒。
当阳光照射到这些颗粒时，化学反应会释放出氯原子。氯的反应性极强，能够攻击甲烷分子并帮助将其分解。这一发现为科学家们对对流层（地球大气层最低的主要层级，大部分天气现象发生于此）化学过程的理解增加了一个此前未被充分认识的过程。
“全新的、且完全令人惊讶的是，同样的机制似乎出现在了高平流层的火山烟羽中，那里的物理条件完全不同，”哥本哈根大学化学系教授马修·约翰逊（Matthew Johnson）说道，他是这两项发现背后的研究人员之一。
洪加汤加火山的喷发为这种化学反应创造了异常有利的条件。由于该火山在海底喷发，它将大量含盐海水连同火山灰一起向上喷射。其中一些物质到达了平流层，即对流层上方的大气层。
研究人员提出，阳光照射这种混合物产生了高反应性的氯。这些氯原子随后与烟羽中的甲烷发生反应，帮助破坏了喷发期间释放的部分甲烷。从太空JianCe测到的超大量甲醛提供了这一过程正在发生的证据。
为什么破坏甲烷很重要
目前，甲烷约占全球变暖因素的三分之一。尽管其丰度远低于二氧化碳，但甲烷的保温效率极高。在20年的时间里，甲烷的温室效应强度约为二氧化碳的80倍。
这两种温室气体之间还有一个重要的区别。甲烷通常在大气中停留约10年就会被化学反应去除，而一部分二氧化碳对气候的影响时间则要长得多。
这种相对较短的大气寿命使得甲烷成为快速气候行动的一个极具吸引力的目标。今天减少甲烷排放，可能在约十年内就开始产生显著的气候效益。
出于这个原因，研究人员有时将减少甲烷描述为气候变化的“紧急刹车”，因为迅速降低甲烷水平有助于在未来几十年内减少变暖，并可能降低跨越危险气候临界点的风险。
然而，减少甲烷并不能替代减少二氧化碳。长期温度稳定仍需大幅减少二氧化碳排放。
科学家能复制火山的做法吗？
这一发现还可能为研究如何人为加速甲烷破坏的研究人员和公司提供灵感。
气候研究的一个新兴领域专注于大气甲烷去除。科学家们不仅在探索如何防止新的甲烷排放，还在研究化学过程是否能安全地提高大气中现有甲烷的分解速率。
洪加汤加火山可能为一种可能的机制提供了引人注目的自然演示。
然而，一个主要的挑战是证明任何提出的技术确实去除了甲烷。大气中的甲烷分布在广阔的区域，使得相对较小的变化难以被确信地测量。
“你如何证明甲烷已经从大气中去除了？你怎么知道你的方法有效？这非常困难。但在这里，我们通过展示事实上可以利用卫星观察到甲烷的分解来解决这个问题，”该研究的资深作者、来自荷兰皇家气象研究所的乔斯·德·拉特（Jos de Laat）博士说道。
改变甲烷收支
这些发现也可能迫使科学家重新考虑全球甲烷收支的计算。
甲烷收支本质上是这种气体的一个核算系统。科学家估计有多少甲烷从湿地、农业、化石燃料和地质活动等来源进入大气，然后将其与通过大气化学和其他过程去除的甲烷量进行比较。
根据研究人员的说法，大气粉尘以前并未被完全纳入这些计算中。如果火山灰和其他形式的矿物粉尘能够加速甲烷的破坏，那么对甲烷如何在大气中移动的估计可能需要调整。
“我们现在知道大气粉尘——例如来自火山喷发的粉尘——会影响甲烷收支，也就是有多少甲烷被添加到大气中以及有多少被去除的收支。因为以前没有考虑到粉尘，所以我们必须纠正这些估计所基于的数据，这很重要，”马修·约翰逊说。
卫星目睹化学反应展开
研究人员使用了来自TROPOMI的测量数据，这是欧洲航天局Sentinel-5P卫星上的先进仪器。TROPOMI每天扫描地球大气层，监测与空气污染和气候变化相关的气体。
然而，在平流层的火山烟羽内部检测甲醛，使得该仪器远远超出了其标准测量通常设计的条件。
“在平流层火山烟羽中从TROPOMI反演甲醛远远超出了仪器的标准操作条件——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。正确进行这些校正对于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伊莎贝尔·德·斯梅特（Isabelle De Smedt）博士说。
这些校正使研究人员得出结论，异常强烈的甲醛信号是真实的，可用于追踪火山云内的甲烷破坏情况。
来自自然的可能蓝图
该团队认为，这一发现可能会鼓励工程师研究在洪加汤加火山喷发后观察到的自然化学反应是否能够安全有效地被复制。
“工业界试图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，”马修·约翰逊总结道。
任何试图操纵大气化学的尝试都需要仔细研究，以了解潜在的意外影响。但洪加汤加火山为研究人员提供了一个大规模发生甲烷破坏的不寻常的真实世界案例，以及一种从太空监测该过程的可能方法。
关于这项研究
这篇科学文章发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
该研究背后的研究人员包括马腾·范·赫彭（Maarten van Herpen，荷兰Acacia Impact Innovation BV）；伊莎贝尔·德·斯梅特（Isabelle De Smedt，比利时皇家空间高层大气研究所）；达芙妮·梅丹（Daphne Meidan）和阿方索·赛斯-洛佩兹（Alfonso Saiz-Lopez，西班牙国家研究委员会CSIC）；马修·约翰逊（Matthew Johnson，丹麦哥本哈根大学）；托马斯·罗克曼（Thomas Röckmann，荷兰乌得勒支大学）；以及乔斯·德·拉特（Jos de Laat，荷兰皇家气象研究所）。
该研究得到了Spark Climate Solutions的支持。