亞馬遜流域的異戊二烯影響了全球的氣候模式
由法蘭克福歌德大學、馬克斯-普朗克化學研究所、赫爾辛基大學、萊布尼茨對流層研究所和巴西合作機構的研究人員參與的兩項突破性研究發現了一種新的氣候機制。亞馬遜雨林透過植物蒸散作用釋放出大量氣態異戊二烯。 以前，科學家認為異戊二烯無法遠距離進入大氣層，因為它在陽光照射下很快就會分解。 然而，《自然》雜誌封面故事中介紹的來自CAFE-巴西測量活動的數據揭示了一個不同的見解。
研究表明，亞馬遜河流域的異戊二烯可以透過夜間雷暴上升到高空，幫助氣溶膠和雲的形成。 這挑戰了先前關於異戊二烯退化的假設，並強調了自然排放和雨林健康對氣候的影響。 資料來源：菲利普-霍爾茨貝克，德國化學研究所
研究表明，夜間雷暴會將異戊二烯帶到高達15 公里的高空。 在這些高空，異戊二烯會發生反應，形成化合物，產生大量新的氣溶膠粒子。 這些微粒不斷增大，成為凝結核，促進了雲的形成。 這個過程可能會影響氣候，凸顯了雨林生態系統與大氣動力學之間複雜的相互作用。
CAFE-Brazil 計畫的研究飛機起飛後不久。 資料來源：Dirk Dienhart， MPI for Chemistry
誰沒有享受過夏日漫步森林時空氣中瀰漫的芳香氣味？ 造成這種典型氣味的部分原因是萜烯，這是一類存在於樹木樹脂和精油中的物質。 其中最主要、最豐富的分子是異戊二烯。 據估計，全世界的植物每年向周圍大氣釋放5 到6 億噸異戊二烯，約佔植物氣態有機化合物總排放量的一半。來自法蘭克福歌德大學的大氣研究員約阿希姆-庫爾提烏斯教授解釋說：”僅亞馬遜雨林就排放了超過四分之一的異戊二烯。”
迄今為止，人們一直認為亞馬遜流域的異戊二烯降解迅速，不會進入大氣高層。 這是因為白天太陽照射時，羥基自由基在靠近地面的大氣中形成。 它們具有很強的反應性，能在數小時內破壞異戊二烯分子。庫爾提烏斯說：”然而，我們現在已經證實，這只是部分事實。夜間雨林中仍有相當數量的異戊二烯，這些分子中有很大一部分可以被輸送到較高的大氣層。”
從研究飛機上看到的亞馬遜河流域的內格羅河。 圖片來源：Linda Ort，德國MPI 化學研究所
造成這種情況的原因是夜間在熱帶雨林上空醞釀的熱帶雷暴。 它們像吸塵器一樣把異戊二烯吸上來，並把它送到8 到15 公里的高空。 太陽一升起，羥基自由基就會形成，與異戊二烯反應。 但是，在高海拔地區極低的溫度下，雨林分子會轉化成與地面不同的化合物。 它們與雷暴中閃電產生的氧化氮結合。 這些分子中的許多會聚集在一起，形成幾奈米的氣溶膠顆粒。 反過來，這些微粒會隨著時間的推移逐漸增大，然後成為水蒸氣的凝結核–因此，它們在熱帶地區雲的形成過程中發揮著重要作用。
Jos Lelieveld 教授解釋說：「我們透過在日出前兩小時開始並持續一整天的研究飛行，得以揭示這些過程。我們能夠在從高空雷暴中流出的空氣中檢測到大量異戊二烯，經過幾次化學反應後，新的氣溶膠粒子迅速形成。他是美因茨馬克斯-普朗克化學研究所所長，同時也是CAFE-巴西研究計畫（大氣化學：巴西現場實驗）的負責人，在該計畫中，一個國際研究小組正在收集亞馬遜雨林上空大氣化學過程的數據。 “
亞馬遜盆地上空的雲層，在一次研究飛行中拍攝。 圖片來源：Philip Holzbeck，德國MPI 化學研究所
Curtius和Lelieveld不僅是CAFE-Brazil的合作夥伴，也參與了CLOUD聯盟，該聯盟有20多個研究小組研究大氣中與氣候有關的化學過程。 他們在日內瓦歐洲核子研究中心（CERN）的氣溶膠和雲實驗艙中再現了這一高度的條件。 在這個模擬室的幫助下，他們詳細分析了哪些反應是由陽光引發的。
負責異戊二烯實驗的大氣研究員何旭成博士解釋說：「透過這種方法，我們能夠準確地確定異戊二烯產物形成氣溶膠粒子的速度。有趣的是，研究發現，即使是大氣中常見的極微量硫酸和碘氧化物，也足以將氣溶膠粒子的形成速度加快100 倍。
硫酸是由各種含硫物質在大氣中形成的。 它主要是由二氧化硫與羥基自由基反應產生的。 在CLOUD 實驗中，法蘭克福研究小組負責測量極低濃度的硫酸，而美因茨小組則測量羥基自由基。
科學家Gabriela Unfer（左）和Zaneta Hamryszczak 在研究飛機上檢查儀器和測量數據。 圖片來源：Philip Holzbeck，德國MPI 化學研究所
亞馬遜熱帶雨林上空的高空風可以將異戊二烯形成的微粒從源頭吹到數千公里外。 這意味著它們可能會影響遠距離雲的形成。 由於雲的類型和高度不同，它們既能遮蔽太陽輻射，又能阻止熱量向太空輻射，因此對氣候起著至關重要的作用。 因此，研究人員希望他們的發現將有助於改善氣候模型。
從CAFE-巴西計畫的結果還可以看出，繼續砍伐亞馬遜雨林可能會在兩個方面影響氣候。庫爾提烏斯說：”一方面，由於森林不再儲存二氧化碳，溫室氣體會被釋放出來。另一方面，清除森林會影響水循環和異戊二烯的排放，進一步推動氣候變遷。”
編譯自/ ScitechDaily