2022年1月，南太平洋的海底火山Hunga Tonga-Hunga Ha'apai發生了近代史上最強烈的噴發之一。但科學家現在發現，這次噴發還引發了一場意想不到的大氣反應，部分消除了空氣中的強效溫室氣體甲烷。研究人員表示，這項發現最終可能幫助科學家開發減緩全球暖化新策略。
科學家利用衛星觀測，偵測到這次噴發產生巨大火山羽流中異常高濃度的甲醛。這項發現立即引起他們的注意，因為甲醛是在大氣中甲烷分解時產生的。
「當我們分析衛星影像時，驚訝地看到一個甲醛濃度創紀錄的雲層。我們能夠追蹤這片雲層10天，一路飄到南美洲。由於甲醛只存在幾小時，這表明這片雲層一定持續分解甲烷一個多星期了，」研究的第一作者、來自Acacia Impact Innovation BV的Maarten van Herpen博士解釋道，該研究剛發表在《自然通訊》期刊上。
他補充說：「眾所周知，火山噴發時會釋放甲烷，但直到現在，人們還不知道火山灰也能部分清除這種污染。」
火山灰、海鹽和陽光觸發化學反應
研究人員認為，這次噴發啟動了一個他們先前在完全不同環境中識別出的罕見化學過程。
在2023年發表的一項早期研究中，科學家發現從撒哈拉沙漠吹過大西洋的塵埃，與海霧中的鹽分結合，會形成稱為鹽化氣溶膠的微小顆粒。當陽光照射到這些顆粒時，會釋放出氯原子。這些氯原子與甲烷反應，幫助其在大氣中分解。這項發現顯著改變了科學家對對流層大氣化學的理解。
「新穎且完全出乎意料的是，同樣的機制似乎發生在高層平流層的火山羽流中，那裡的物理條件完全不同，」哥本哈根大學化學系的Matthew Johnson教授說，他是這兩項發現的研究人員之一。
在湯加火山噴發期間，大量的含鹽海水與火山灰一起被噴射到平流層。研究人員認為，陽光與這種混合物的相互作用產生了高反應性的氯，進而幫助分解了噴發過程中釋放的甲烷。衛星偵測到的異常高濃度的甲醛，證明了甲烷分解正在發生。
科學家表示全球甲烷估計可能需要修正
這項發現也表明，科學家可能需要重新思考全球甲烷預算，該預算估計有多少甲烷進入和離開地球大氣層。
Matthew Johnson說：「我們現在知道，大氣中的塵埃——例如來自火山噴發的塵埃——會影響甲烷預算，也就是有多少甲烷被添加到大氣中以及有多少被移除。由於塵埃以前沒有被考慮在內，因此我們必須修正這些估計的基礎數據。」
甲烷為何對氣候變遷很重要
甲烷約佔目前全球暖化的三分之一。在20年的時間裡，甲烷捕獲的熱量約是二氧化碳的80倍。然而，與二氧化碳不同的是，甲烷不會在大氣中停留數百年。它通常在大約10年內分解。
由於甲烷在大氣中的壽命較短，減少甲烷污染可以相對快速地產生氣候效益。科學家有時將減少甲烷描述為氣候變遷的「緊急煞車」，因為降低甲烷水平可以在未來十年內減緩暖化，並可能降低氣候臨界點的風險。然而，研究人員強調，削減二氧化碳排放對於長期的氣候穩定仍然至關重要。
發現可能啟發未來氣候技術
該團隊表示，這些發現可能有助於推動人工加速從大氣中清除甲烷的努力。世界各地的科學家目前正在探索幾種可能的方法，但準確測量甲烷的清除量一直是一個重大挑戰。
「你如何證明甲烷已經從大氣中清除？你如何知道你的方法有效？這非常困難。但在這裡，我們通過表明甲烷分解實際上可以使用衛星進行觀測來解決這個問題，」該研究的資深作者、荷蘭皇家氣象研究所的Jos de Laat博士說。
該研究依賴於歐洲太空總署Sentinel-5P衛星上的TROPOMI儀器，該儀器每天追蹤全球的溫室氣體和空氣污染。
皇家比利時空間航空研究所的Isabelle De Smedt博士說：「從TROPOMI儀器中提取平流層火山羽流中的甲醛，遠遠超出了該儀器的標準操作條件——我們必須仔細校正衛星對信號異常高度的靈敏度，並考慮到高濃度二氧化硫的干擾。正確進行這些校正對於確認我們所見的真實性至關重要。」
研究人員認為，這項發現最終可能啟發旨在減少甲烷污染的實際工程解決方案。
Matthew Johnson總結道：「對產業來說，嘗試複製這種自然現象是一個顯而易見的想法——但前提是必須證明它是安全有效的。我們的衛星方法可以提供一種方法來幫助弄清楚人類如何減緩全球暖化。」
