科罗拉多州立大学研究人员在《地球物理研究快报》发表研究指出,北极海冰表面融化形成的融水池可能向大气释放微小颗粒,并在云形成过程中发挥作用。研究认为,这类来自生物源的空气中“成冰颗粒”(ice-nucleating particles,INPs)例如细菌,可为水蒸气凝结成冰提供“模板”,而云层在太阳辐射收支平衡及降水过程中具有重要作用,因此相关颗粒来源与机制可能关系到对北极气候变化的理解。

研究团队介绍,成冰颗粒可来自矿物尘埃、微生物或海洋喷雾等。当其进入大气后,可促进冰相形成并支持云的生成。该论文强调,位于海冰顶部的融水池可能是成冰颗粒的重要来源之一。

研究称,这些融水池主要由融雪形成,同时可能混合渗入的海水、释放的土壤沉积物,或来自下方冰层的融冰;而冰层中可能寄居微小生物。研究人员通过采集海冰岩心样本,并测量融水池周边的气溶胶排放,发现融水池相关成冰颗粒浓度高于海水。论文据此提出,融水池内可能存在特定生物过程,促进相关颗粒的形成。

样本采集来自2019至2020年的MOSAiC考察(多学科漂移观测站)。该项目为耗资1.5亿美元的国际合作计划,旨在更好理解北极海冰减少及其与气候变化的联系。MOSAiC由德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所牵头,参与科学家与资助机构来自20个国家。研究人员表示,MOSAiC为在高北极地区获取相关颗粒数据提供了机会,而该地区已因冰川融化、永久冻土解冻和海冰减少而受到气候变化影响。

论文指出,迄今仅有少数特定颗粒被确认参与云形成过程,而这些颗粒进入大气的路径在极北的高北极地区研究较少,部分原因在于当地环境采样难度高。



论文第一作者、科罗拉多州立大学博士生Camille Mavis表示,北极系统相对简单、变量较少,适合研究此类颗粒。她同时指出,北极升温速度为全球平均的四倍,这可能意味着未来融水池数量增加,或其组成的细微变化就可能对系统产生显著影响。Mavis称,云层结构复杂,气溶胶相互作用对云辐射效应的影响仍存在较大不确定性,理解这些颗粒的作用有助于天气建模;她并表示,当前模型在模拟极地云层方面表现不佳。
论文资深作者、科罗拉多州立大学研究科学家Jessie Creamean表示,在此之前,仅有少数研究将融水视为这些关键颗粒的来源。她称,北极云与太平洋或大西洋地区的云存在差异,尽管材料与过程有相似之处,但表现并不相同,因此需要理解其在北极的形成机制。她表示,该研究展示了融水池的相互作用与组成复杂性,以及其如何促进相关过程。
科罗拉多州立大学杰出教授Sonia Kreidenweis亦为论文作者之一。她表示,团队将继续研究颗粒组成,以及环境条件与过程如何促使其释放。她指出,研究所涉及的颗粒可在相对较高温度下触发冰的形成,并且其出现似乎与在冰面停留时间更相关,而非开放海洋。她同时表示,仍需更多研究以厘清这些颗粒如何从融水中释放,以及随着北极融化季节变得更长、更大,它们在辐射平衡中可能扮演的角色有多重要。
