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神秘大气分子可助地球降温

2012.1.18

 一项新的研究表明,地球大气中的某种分子可能会比科学家们之前所预料的能更有效地帮助地球降温。

  这种分子被称作克里吉(Criegee)中间体,或克里吉双游离基,它是根据最初发现产生这种分子的化学反应的德国化学家鲁道夫?克里吉(Rudolf Griegee)的名字来命名的。克里吉中间体寿命短暂,由大气中的臭氧与烯烃(某种有机化合物)进行臭氧化反应时产生。虽然科学家们早在几十年前就知道了它的存在,但直到现在,他们才找到了方法来直接测量这种分子是如何与大气中的其它成分,如污染物二氧化氮和二氧化硫,进行相互反应。

  科学家们采用一种新的方法在实验室中制造克里吉中间体,随后将其与各种不同的大气成分进行化学反应实验。他们发现,它与污染气体进行化学反应后会生成一种气溶胶,其组成物质是能将阳光反射回宇宙空间的微小粒子,这种粒子反射阳光的速度比人们之前臆测的要快很多。

  本次研究的作者之一、英国曼彻斯特大学气象物理学教授卡尔?珀西瓦尔(Carl?Percival)表示,由于大气中90%产生克里吉中间体的烯烃都来自于地球的生态系统,这项研究的结果表明“地球生态系统对气候变化所起的良好作用比我们想得更为有效。”他认为这项研究揭示了一个重要的信息,即人们需要大力保护现存的生态系统。

  珀西瓦尔表示,科学家们还未能通过生物工程技术来利用克里吉中间体制造更多的气溶胶,从而使地球凉快下来。他认为,目前最主要的是人们需要保护现有的生态系统,让大自然自身制造更多的克里吉中间体。

  测量双游离基

  1949年,化学家克里吉发现双游离基——一种缺失了两个化学键的反应分子——产生于当臭氧与例如烯烃这样的烃类化合物产生化学作用之时。这些双游离基在清除低层大气中的污染物和制造二级有机气溶胶(一级气溶胶是从浪花或风沙这样的自然现象中产生的,而二级气溶胶则来源于大气中各气体的相互反应作用)中都起到了重要的作用。

  虽然双游离基的重要性已得到证明,科学家们仍然发现,在直接测量双游离基与主要大气成分的反应作用上困难重重。

  珀西瓦尔告诉Live science网站的记者说,这种化学反应的过程太快,以至于在科学家们能采取有效的测量步骤前就转瞬即逝了。

  为了解决这个问题,珀西瓦尔和他的同事们采取了一种新方法。他们用强烈的激光照射化合物二碘甲烷,从而破坏它的两个化学键来制造一个双游离基,之后再将这个双游离基与分子氧进行化合来制造甲醛氧化物。得到克里吉中间体后,研究者们开始往里面加入一些大气污染物,例如二氧化氮、二氧化硫、水或是一氧化氮,然后测试所产生的反应。他们发现,中间体与二氧化氮及二氧化硫的化学反应极其迅速,这表示中间体比以往研究结果所发现的能够更有效地清除大气污染物。珀西瓦尔同时表示,在大气中,这些反应得来的化合物会继续与分子化合,来加速反射阳光辐射的气雾胶的产生。

  研究才刚开始

  参与本项研究的英国雷丁大学化学家乔治?马思顿(George Marston)说自己非常惊讶于这种化学反应的速度。他在1月13日的《科学》杂志上发表了对这项研究的见解。他认为,科学家们最终开始掌握克里吉中间体的化学反应是十分重要的,这项研究对人们了解大气氧化有深远的意义。大气氧化是一种可以将污染物从我们的大气中清除出去,从而影响地球气候的重要过程。

  不过,“这只是一项庞大系统工程的开始。”马思顿接着说。

  珀西瓦尔表示,以后的研究将会注目于其它克里吉中间体,以及测量中间体与其它大气成分在不同温度下的化学反应过程。“我们现在的研究都是在室温下进行的,但真正的气温差异巨大,且有时候可能会很冷。”

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