科學家利用天文臺研究原始空氣污染情況

　　325米高的亞馬遜高塔天文臺 圖片來源：REUTERS/BRUNO KELLY

　　受到強風和太陽無情的摧殘，Jürgen Kesselmeier在1月份花了兩個小時才爬上一段位于骨架狀的4米寬鐵塔內的樓梯。隨著他越爬越高，潮濕的森林地面發出的氣味逐漸消散，而風力變得更加強勁。當Kesselmeier爬到塔頂時，向下眺望，綠色的“海洋”遼闊無際。不過，他去那里并不是為了觀賞風景，而是為了呼吸難得的空氣。

　　德國馬普學會化學研究所植物學家Kesselmeier是剛剛在亞馬遜高塔天文臺（ATTO）完工的德國—巴西合作小組負責人之一。從去年8月開始，研究人員通過公路和河流將鐵塔組件運送到遙遠的叢林深處。馬普化學研究所一位負責人Meinrat Andreae介紹說，在那里，零部件被組裝成“巨大的建造模型”。耗資940萬美元的ATTO比埃菲爾鐵塔還高，將允許科學家采集原始空氣的樣品，以研究雨林如何形成自己的天氣并且影響全球碳循環。與此同時，一個被稱為Go Amazon2014/5的姊妹項目已經利用飛機和地面臺站監控對未受污染空氣造成的嚴重威脅：來自位于亞馬遜流域中心地帶、有著200萬人口的瑪瑙斯市的污染云團。

　　登上ATTO就像回到了過去。巴西圣保羅大學大氣物理學家、ATTO團隊成員和GoAmazon調查員Paulo Artaxo介紹說，在850萬平方公里的亞馬遜流域內，只有17%的面積有人居住。“基本上有82%的森林完全保持著1000年前、2000年前和3000年前的狀態。”這部分森林上方的空氣為了解工業化前的世界提供了一個窗口。

　　為了對空氣取樣，ATTO團隊想尋找一處不受濫砍濫伐、污染、建設等人類活動影響并且希望幾十年間不會有人侵入的鐵塔地址。不過，要建造一座切實可行的實驗室，就必須使ATTO離瑪瑙斯足夠近，以便一天之間能到達那里并且返回。最終選擇的位置在瑪瑙斯東北150公里處，更重要的是位于城市上風向，這使得科學家能通過汽車或輪船在大約6小時內到達該地。

　　使亞馬遜河流域原始空氣與眾不同的一個特征在于缺乏氣溶膠，該細微顆粒周圍的水蒸汽能凝結形成云層。美國哈佛大學環境化學家、GoAmazon 調查員Scot Martin介紹說，即使在北美相對沒有受到污染的地方，每立方厘米空氣中大約含有2000個微粒。而在亞馬遜流域，每立方厘米空氣中只含有約300個微粒。

　　在世界的大多數地方，氣溶膠來自塵埃、野火產生的煙霧以及城市和工業污染物。而亞馬遜流域的大部分氣溶膠來自雨林。植物持續釋放以細菌、孢子以及諸如異戊二烯、萜烯等揮發性有機化合物（VOCs）形式存在的微生物。Kesselmeier解釋說，它們利用這些進行自我防衛，并且和其他植物交流。在上述化學信號中，有些遇到上升氣流，并同氧氣和其他氣體發生反應，從而產生形成雨云的復雜氣溶膠粒子。

　　Artaxo表示，與在其他陸地上空形成的云層相比，亞馬遜流域的云層“非常獨特”。它們的頂端相對較低，和海洋云層相似，同時其形成的雨滴非常大，因為云層附近的氣溶膠粒子非常少。Artaxo解釋說，當全球更多地方被森林覆蓋并且沒有污染時，研究亞馬遜流域依舊原始的云層能幫助科學家理解支配氣溶膠排放、云層形成和降雨的過程。

　　沖刷ATTO的空氣同其工業化前狀態不同的一個關鍵之處在于：由于人類活動，其二氧化碳含量高出了約50%。ATTO還將研究亞馬遜河可能如何幫助減緩二氧化碳的增加以及未來是否將持續這樣做。雨林從空氣中吸收了大量的二氧化碳，并將其轉化成生物質。不過，一部分碳以VOCs的形式并且通過諸如濫砍濫伐、火災等人為力量被釋放出來。科學家擔心，如果有足夠多的森林正在消失，該地區將成為碳的一個凈來源。不過，他們并不清楚臨界點在哪里，因為亞馬遜河流域每天吸收和釋放的碳有多少是一個謎。

　　ATTO高于樹冠的優勢將使其得以測量諸如二氧化碳、甲烷等溫室氣體在幾百公里處的濃度和流量。同時，它還能收集區域性而非當地關于森林和大氣之間相互作用的數據，比如氣溶膠的產生和輸送。位于瑪瑙斯的巴西亞馬遜河國家研究所大氣物理學家和Kesselmeier同是ATTO協調人的Antonio Ocimar Manzi希望，這些區域性數據將幫助改善氣候模型，甚至是亞馬遜河流域當地的天氣預報。“在亞馬遜河流域，不同的氣候模型會預測出完全不同甚至相互矛盾的年降水情形。”Manzi表示，沒有更多的數據，“就不能說哪種模型更好”，而這使得亞馬遜河流域的未來有幾分“黑匣子”的感覺。

　　與此同時，GoAmazon正在研究一塊亞馬遜河流域大氣已受到人類活動影響的區域。在去年的干濕季節中，巴西—美國合作團隊駕駛采集空氣樣品的飛機直接進入瑪瑙斯上方的污染云團。正如Martin所言，“你被1750年的空氣包圍，然后感覺突然進入了2014年”，空氣中充滿了懸浮粒子、臭氧以及硫和氮的氧化物。該團隊還從位于瑪瑙斯下風向的兩個地方采集了空氣樣品，并將采自ATTO的空氣作為沒有污染的基準。

　　在這些早期發現中，有一項是瑪瑙斯的污染可能正在改變雨林的性質。例如，在瑪瑙斯下風向的硫化物和氮氧化物濃度的增加，導致體積更小但數量更多的氣溶膠產生，從而更能形成云滴。“這意味著這些云層同原始雨林空氣中的云層是不同的。”Martin表示，而這又表明“降水是不同的，水循環和生態系統也是不同的”。亞馬遜河流域水循環的改變會影響整個大陸的降水和干旱，包括巴西東南部和阿根廷東北部的重要農業區。

　　鑒于GoAmazon為了解退化的亞馬遜河流域提供了Artaxo所謂的初步印象，ATTO將記錄這片原始雨林能夠在不斷變化的世界中堅持多長時間。因此，這座鐵塔還可能標志著這片偉大的雨林向現代社會——人類世屈服之前,亞馬遜河流域的“最后防線”。