北極正在迅速失去海冰，更少的冰意味著更多的開放水域，更多的開放水域意味著更多的氣體和氣溶膠從海洋排放到空氣中，使大氣變暖并使其變得更加多云。

因此，當(dāng)密歇根大學(xué)氣溶膠科學(xué)家 Kerri Pratt 實驗室的研究人員在 2015 年夏天從北極大氣中收集氣溶膠時，當(dāng)時的博士生 Rachel Kirpes 發(fā)現(xiàn)了一件奇怪的事情：霧化的硫酸銨顆?？雌饋聿幌竦湫偷囊后w氣溶膠。

與氣溶膠科學(xué)家 Andrew Ault 合作，Kirpes 發(fā)現(xiàn)本應(yīng)為液體的硫酸銨顆粒實際上是固體。該團隊的研究結(jié)果發(fā)表在《國家科學(xué)院院刊》上。

固體氣溶膠可以改變北極云層的形成方式。而且，隨著北極冰層的消失，研究人員預(yù)計會看到更多這些由海洋排放物與鳥類氨結(jié)合形成的獨特顆粒，這將影響云的形成和氣候。此外，了解大氣中氣溶膠的特征對于提高氣候模型預(yù)測北極及其他地區(qū)當(dāng)前和未來氣候的能力至關(guān)重要。

“北極的變暖速度比世界上任何其他地方都快。由于大氣中開放水域的排放量更多，這些類型的顆粒可能變得更加重要，”化學(xué)、地球和環(huán)境科學(xué)副教授普拉特說。“這些類型的觀測非常重要，因為我們幾乎沒有觀測到甚至無法評估北極大氣模型的準確性。

“由于觀測很少，有時在進行測量時會出現(xiàn)這樣的驚喜。這些粒子看起來不像我們在文獻中、北極或世界其他任何地方看到的任何東西。”

研究中觀察到的氣溶膠高達 400 納米，比人類頭發(fā)的直徑小約 300 倍?；瘜W(xué)副教授奧爾特說，北極的氣溶膠通常被認為是液體。

一旦大氣的相對濕度達到 80%——大約是潮濕日子的水平——顆粒就會變成液體。當(dāng)您將氣溶膠干燥后，它不會變成固體，直到相對濕度約為 35%-40%。由于北冰洋或任何海洋上空的空氣潮濕，研究人員預(yù)計會看到液態(tài)氣溶膠。

“但我們看到的是一個相當(dāng)新的現(xiàn)象，當(dāng)濕度低于 80% 但高于 40% 時，一個小顆粒會與我們的液滴發(fā)生碰撞。本質(zhì)上，這為氣溶膠提供了一個表面，可以在更高的相對濕度下凝固并變成固體濕度超出了您的預(yù)期，”奧爾特說。

“這些粒子更像是大理石而不是液滴。這非常重要，特別是在沒有大量測量的地區(qū)，因為這些粒子最終可能成為云的種子或在它們身上發(fā)生反應(yīng)。”

此外，研究人員說，大氣氣溶膠的大小、組成和相位通過吸水和云的形成影響氣候變化。

“我們的工作是繼續(xù)幫助建模者完善他們的模型，”奧爾特說。“并不是模型錯了，而是隨著實地事件的變化，它們總是需要更多的新信息，而我們所看到的卻是完全出乎意料的。”

Pratt 的團隊于 2015 年 8 月至 9 月在阿拉斯加最北端的 Utqia?vik 收集氣溶膠。為此，他們使用了所謂的多級撞擊器，這是一種具有多個階段的裝置，可根據(jù)顆粒的大小收集顆粒。Kirpes 后來在 Ault 的實驗室中使用顯微鏡和光譜技術(shù)分析了這些粒子，這些技術(shù)可以檢查尺寸小于 100 納米的粒子的組成和相。

“如果我們回到幾十年前岸邊有冰的時候，即使是在 8 月和 9 月，我們也不會觀察到這些粒子。我們正在觀察這種氣候已經(jīng)發(fā)生變化的后果，”普拉特說。“我們需要在模擬云和大氣的模型中捕捉到現(xiàn)實，這對于了解北極大氣的能量預(yù)算至關(guān)重要，因為這個地方變化比其他任何地方都快。”