根据新的模拟分析,大气中的炭黑对全球气候有很大的增暖作用。无论从气候或人体健康的角度出发,均应控制其排放。
乍看似乎很简单:温室气体使地球变暖,而硫酸盐悬浮微粒则可使地球降温。大气中悬浮微粒能把阳光散射回空间,并能降低地球吸收的能量,从而使地球温度降低,这就像汽车浅色油漆比深色油漆能使车子保持更低的温度一样。但这种过分简单化的观点忽略了这样的事实:由于燃料的不完全燃烧,大气悬浮微粒常含有烟灰粒子,故实际上它们并非白色,而是灰色的。粒子灰色愈深,可吸收的太阳能愈多,则使大气升温愈甚。大气悬浮微粒中的炭黑可能会抵消悬浮微粒中起冷却作用的最主要的硫酸盐组分的降温作用。
人们早就知道,悬浮微粒能吸收太阳辐射,且其辐射效应——冷却或升温作用依散射的光与吸收的光的比例而异。但尽管悬浮微粒的光散射可相当精确地测定和模拟,而炭黑辐射效应的评估,无论对模型制作者还是试验者来说,却依然是一项复杂的课题。用不同的方法测定炭黑,当然会随两个因素而变,主要因为炭黑实际上是石墨状微粒和吸光的有机物质的混合物。许多方法均缺乏辨别这两种组分的选择力。
对悬浮微粒的光吸收的直接光学测定也颇成问题。直接光学测定通常先把悬浮微粒收集在滤器上,因此,粒子的光学性质会因与滤器材料的接触或粒子的相互接触而发生变化。只有光声频谱计这种仪器能直接测定悬浮在大气中的微粒的光吸收,但这种仪器尚未得到普遍应用。最后,所有测定炭黑及其光吸收的方法之所以成问题,还在于缺少普遍承认的校正程序。
这些方法学上的困难使得一系列关于炭黑的关键问题难以解决:它来自何方,排放出多少,在大气中如何分布,其辐射效应如何?我们知道它主要来自燃料的燃烧,但估计它们的数量有很大的不确定因素。由于缺乏用遥感技术在全世界范围测定悬浮微粒吸收的定量工具,所以我们对炭黑全球分布的了解还很不充分。1999年发现的INDOEX工程造成的“印度浓烟”是一个实例,这说明南亚在排放出大量炭黑——以前知道的这种污染物的总的来源可能还得加上25%。
研究人员认为:以炭黑为核心,集聚了其他悬浮微粒组分的混合状态看来是最可信的。据此,与国际气候变化专家小组估计的CH4(甲烷)0.47瓦/米2和CO2(二氧化碳)1.56瓦/米2相对照,他的模拟估算,全球平均辐射升温为0.55瓦/米2。如果按对气候的影响对研究的投入进行调整的话,这一数字意味着目前用于碳-循环研究的三分之一左右的力量应转向炭黑的研究,这是一个多么惊人的想法!
但把存在期约为一周的炭黑与存在期为数十年或数世纪的温室气体的现时效应相比较是否合宜呢?应用将一定时间内某化学物质的辐射效应与CO2的辐射效应联系起来的“全球升温潜力”,还是比较排放到大气中的化学物质对气候的影响的普通使用的方法。
考虑到炭黑的寿命及其分布与CO2有很大区别,应用“全球升温潜力”可能比较困难。但很显然,在短时段内炭黑对气候的影响是很重要的,而CH4和CO2对气候的影响则远及将来。
炭黑除了影响气候外,还因其系危害人类健康的空气污染物而不同于温室气体。因兼有这两种特性——对气候不可忽略的影响、存在期短以及毒害作用,研究人员提出,应考虑采取紧急行动降低炭黑的排放。而首要的一步就是要尽全力弄清楚其来源、其物理化学性状以及其在大气中的辐射效应。
[Nature,2001年2月8日]