- 氣膠是漂浮在大氣中的微粒。氣膠是天然生產的，但在幾個世紀中，這些並沒有增加或減少很多。但是,人類造成的氣膠--排放的氣膠會從煙囪、汽車排放廢棄管、野火或甚至是乾衣機--在很大程度上與溫室氣體所有相應,導致氣候變遷日漸嚴重。
- 氣膠污染每年殺死420萬人，僅在美國就有20萬人。因此，儘快抑制它們是有意義的。但是，這樣的結果會導致以下問題：人類所製造的氣膠會進入大氣層，目前這有利於冷卻氣候。因此，它們保護我們避免受到不斷排放的溫室氣體所造成的一些升溫。
- 但科學家仍然不知道這種冷卻效應有多大，或者快速降低氣膠是否會導致溫室的災難性增加。這種不確定性是由氣膠的複雜性引起的。大氣微粒的大小、形狀和顏色各不相同，它們與其他粒子的相互作用，最重要的是，它們的影響力。
- 科學家們說，準確地模擬氣膠對氣候變化的影響強度對人類的未來至關重要。但是，氣膠很難去模擬，因此，人們對九個行星邊界的理解甚少，它們的不穩定可能威脅到地球的運行系統。
中國近兩個千年來出現了朝代的興衰。這就是人類歷史的變幻莫測。但都柏林三一學院和杭州浙江大學的研究人員最近提出了一個令人驚訝 的自然解釋:火山。自公元0年以來，68個朝代的興衰過程中，他們發現在世界各地發生了62次重大的火山爆發。
火山會拋出數以噸計的微粒，稱之爲氣膠。這些漂浮在大氣中，有時會產生巨大的影響，如散射光、吸收太陽輻射、冷卻地球和不斷變化的降雨模式。例如，1991年菲律賓爆發皮納圖博山時，由此產生的灰雲使地球溫度降低了0.6攝氏度（1.1華氏度）至少 兩年。
中國王朝的研究小組推測，火山霧會引發乾旱和農作物毀壞，導致中國農業經濟上的災難跨至社會動盪。這種因果關係很難確切地證明,但結果表明,從過去和今天,氣膠對氣候和文明可能產生的影響是多麼強大。
神祕的氣膠
當我們談論氣候變遷的原因時，我們通常會想到二氧化碳或甲烷等溫室氣體，這些氣體形成均勻的混合物，在全球平均分佈，從而產生一致的相對校應，在人們充分理解下，即為地球暖化。但科學家們越來越認識到溫室氣體只能講述其中一部分的故事。
另一個主要的氣候故事是由氣懸膠體為主因。這些是混合的物質，液體和固體，幾乎在各方面都不同於其他的氣體同胞們。氣膠往往在其來源附近的大氣層中懸掛，或通過氣流作爲局部或區域羣衆移動，它們會以一系列相互矛盾的方式影響氣候，包括冷卻或升溫、引發乾旱或大雨。氣膠的影響很難量化和定性，但有可能填補氣候科學的許多空白。
「這就是爲什麼我們想去瞭解這種現象，」Brookhaven國家實驗室環境與氣候科學部的科學家Stephen Schwartz說道。「這是未知之數。」
通過顯微鏡瞭解，可以發現氣膠的複雜性。從數個原子的大小到人類頭髮的寬度不等。它們包括硫酸水晶、幾乎純黑碳球（通常雖然不完全準確，但稱爲煙粒）、硝酸或硫酸的水滴、花粉的孢子。它們可以是從高潮波浪中釋放出來的鹽份，也可以是被風吹出來的沙漠沙子。氣膠最大的自然來源之一是浮游生物，它會吸出二甲基硫醚(DMS)，這種氣味強烈的化學物質會發出海洋熟悉的刺鼻氣味。DMS與氧氣反應以產生硫酸雲。火山釋放的二氧化硫也是如此。
大氣中百分之九十的氣膠會自然出現， 美國 國家海洋和大氣管理局（NOAA）的地球物理流體動力學實驗室（Geophysical Fluid Dynamics Laboratory）講師兼研究員Yi Ming說，但隨着時間的推移，他們的水平保持不變。「如果他們沒有改變那麼多，那就不必擔心。」
另一方面，他說，我們的確要擔心人爲或人爲的氣膠。這些能源來自車輛廢氣、工廠、船舶和煤燃燒發電廠的煙囪、農民燃燒場殘渣和那些用火清除亞馬遜森林地的奪取者、石油鑽井器上的毒氣彈和廢棄的塑料購物袋。即使是乾衣機也能釋放出微塑膠纖維、讓它漂浮在空中。這些來源在工業期間急劇增加，大致與溫室氣體相類似。
氣膠：氣候變化是未知數
與溫室氣體一樣，抑制氣膠污染也有很好的理由。一個動機：人類健康。Bhupesh Adhikary表示：「根據人體的組成、暴露量與大小，幾乎會影響人體的每個部位。」 設在加德滿都 的綜合山區發展國際中心的空氣污染專家 和 政府間氣候變化問題小組(氣專委)最近的評估報告的主要作者。
他說，最糟糕的氣膠是非常細緻的微粒，「它可以滲透到肺部，甚至可能進入血流」，從而加劇了呼吸和心血管狀況。
根據目前 的研究，大氣微粒物質每年殺死420萬人，僅在美國就有20萬人，這使它成爲全球早發性死亡的主要來源。其他來源使全球空氣污染造成的過早死亡每年高達600萬人。
然而，在這方面有是有一些好消息。氣膠與溫室氣體不同，在大氣中不會持續很長時間。Ming說: 「如果關閉所有溫室氣體排放器，(這些氣體)將在大氣中持續數百年。」「如果今天關閉所有[人類貢獻的]氣膠排放，氣懸膠體將在(大約)一週內消失。」
現在我們正在製造氣膠，去除氣膠並不那麼簡單。大多數氣膠通過將陽光反射回空間來幫助地球降溫，從而減少到達地球表面的輻射能量。氣膠還能作為水蒸氣凝結的凝結核子、協助創造雲或照亮現已出現的雲。這種現象在所謂”船軌”的衛星圖像中明顯可見，在這種情況下，硫磺噴出的船隻在雲層下經過。雲反射光線回到空間、比粒子本身更好。
以下是重要的一點：人們 認爲，人造氣膠的冷卻效果大大抵消了全球升溫，可能使我們溫室氣體排放的升溫影響減少一半。如果沒有這種遮擋效應，世界可能已經超過了工業前水平的1.5°C（2.7°F）的升溫，即2015年巴黎氣候協定規定可避免行星災難的閾值。
氣候科學家詹姆斯·漢森曾在1990年代 對皮納圖博山的冷卻效應進行了著名的預測， 去年曾作爲頭條新聞，警告說，消除硫酸鹽氣膠可能使今後25年的全球預警率翻倍。
但是，由於強烈抑制氣膠實際會導致氣候升溫，許多其他科學家對此表達了強烈的認同。儘管最近在建模方面取得了進展，但對氣膠的自然性質能不清楚而無法切確觀察，使氣膠難以預測。氣膠不能輕易地繪製在網格地圖上，很難區分人造和自然氣膠，其影響取決於它們是在雲之上還是在雲下、在陸上還是在海上，以及個別粒子的大小和形狀。即使是空氣中的微塑料纖維所產生的纖維顏色也會影響氣膠所反射的光量。
氣專委估計，溫室氣體每平方米的太陽能量超出工業前時代地球所得到的能量，消耗額外3.3瓦，這一過程稱爲輻射強迫作用。同時，人造氣膠反映出每平方米太陽能0.4至1.7瓦之間的任何地方。
Schwartz說:「這影響是巨大的。」「如果它在高端，則從3.3減1.7，得到1.6，如果是0.4，則得到2.9。這幾乎是兩個因素。」他補充說：「這就是爲什麼有些人稱氣膠對溫度的影響還是未知數。」
沖出行星邊界？
我們能忍受氣膠污染是否已達到最佳狀態，人類健康與冷卻效應之間是否存在不穩定的平衡？斯德哥爾摩研究中心是一個國際科學家小組,它將氣膠污染計入 九個行星邊界 –目前是否受到人類不利影響或者過度影響的重要自然過程。
破壞任何 一個邊界的穩定性都可能威脅地球運行系統的穩定，到破壞文明，甚至危害生命。 在九個行星邊界的破壞包括：氣候變化、海洋酸化、新化學實體的釋放（包括重金屬和塑料）、生物多樣性完整性的喪失，當然還有大氣氣膠污染。
在全球級別，斯德哥爾摩中心承認，科學不足以確切說明氣膠污染的程度。然而,在區域級別\，這些微小的粒子可能已經造成複雜和相互作用的影響。
氣膠在1970年代首次引起公衆的關注，並不是因爲它們的冷卻效應，而是 由於酸雨。然後，北美的汽車和煤燃燒發電廠每年大量生產數值好比七座皮納圖沃斯山的二氧化硫。二氧化硫在大氣中與水一起產生硫酸，這種硫酸雨降落在森林和河流中的魚群。在美國高緯度的阿帕拉契，雲杉和冷杉樹木大量死亡，而在紐約 的阿迪朗達克山的湖泊卻無生物跡象可尋。
這場災難推動了對硫酸氣膠的熱門科學研究，以及媒體的嚴密檢查和對民眾傳遞公開消息，甚至在學校裡也是。作爲一個年幼的孩子,一些大人的談話讓我害怕我的皮膚會融化。
但是到了90年代，美國的《空氣潔淨法》和加拿大及歐洲的類似立法迫使洗滌器進入煙囪，催化轉換器進入汽車，並對污染者處以罰款。這樣的結果是驚人的。自1980年以來，北美和歐洲的二氧化硫排放量下降了大約80%，到2018年，新英格蘭的常青植物 正在恢復。 在我青春期的某個時候，人們停止談論酸雨，我忘記了我對酸雨的恐懼。
那避開危害了，對嗎？錯了！
雖然我們家用大型的V6站式貨車污染了加拿大的空氣,但非洲的薩赫勒雷貢也在遭受苦難,因爲毛里塔尼亞、馬裏、乍得、尼日爾和布基納法索的國家經歷了20 世紀最嚴重的旱災之一。農作物失敗，估計造成十萬人餓死。從1960年代到90年代、乍得湖（Lake Chad）的原始大小降至5%。
當時，乾旱完全是由毀林和荒漠化造成的。但是，在去年發表的最新報告中，氣專委現在說，一個主要的促成因素是因為北半球的冷卻來自北美和歐洲的人造氣溶膠所引起的。這種冷卻造成赤道附近的空氣流通發生變化，將熱帶雨帶向南移動，並使薩赫勒從其年度降水來源中分離出來。
隨着北美洲的硫酸排放量減少，降水量雖然不是全部，但仍返回到薩赫勒的大部分地區，而且在有些地方，雨水的形態現在比以前更不穩定。 霍華德大學地球和大氣科學教授查爾斯·伊喬庫 和美國航天局 Goddard空間中心的前研究員說，自居的非洲氣膠可能是導致持續降水異常的主因。
今天，西非的污染是「非常嚴重的」，Ichoku說，他在年底時經常訪問他的尼日利亞本土家庭，那時，在煮飯的火中所產生的木煙與湖面乾燥牀上的塵粒混合在一起。「這裡的空氣中有很多煙我聞到了。我覺得這是不正常的。但人們都喜歡，他們覺得這就是生活日常。」
根據一項研究，2019年，非洲大陸的空氣污染造成100萬人死亡。在燃燒的季節，衛星成像顯示了一種大陸式煙塵，擋住了海岸線，明顯地將其他空氣羣衆推到一邊。
但煙塵、灰塵和有機碳的混合作用與其他氣膠的作用截然不同。儘管它們通過阻擋太陽能來冷卻地球表面，但其深色會導致雲吸收這種能量，而不是將其反射回空間，從而使較低的空氣變暖。Ichoku解釋道：「當它對大氣加熱時，不再存有(氣溫)梯度。」「它的作用是穩定大氣層，並防止對流。」這種效應阻礙了水循環並抑制了雨水。
在美國航天局，Ichoku領導了一項研究，發現氣候模型低估了由灌木大火所產生的黑碳能造成大氣的升溫，部分原因是並非所有的木煙都能燃燒均勻。非洲草原的燃燒與亞馬遜雨林的燃燒有着不同的氣候影響，因爲這些微粒具有不同的特性。伊喬庫也發現 一些跡象 並表明，旱季的燃燒會減少雨季的降水量。
「我們證明了相互關聯，而不是因果關係，」Ichoku警告說。這邊的難題是，氣膠科學普遍受到困擾的原因是：缺乏精準的數據。非洲可靠的氣象站很少而且相距甚遠。例如，他的小組在乍得湖附近安裝的儀器由於該地區的叛亂活動而被損壞。
亞洲大氣層的棕色雲
與北美和歐洲正在想辦法控制煙霧的同時，中國、印度和亞洲其他地區正以極快的速度進行工業化。到2000年初，該區域的二氧化硫排放量增加了四倍，氣膠引起的冷卻液達到30年前北美的水平。「這太可怕了，」Yi Ming說。「您很少可以看得到這裡的藍天。」
自2010年以來，中國通過更嚴格的污染控制，進而減少了硫和其他汙染排放量，儘管中國幾乎 每週都在繼續建造一座新的燃煤發電廠。 排放量仍然如此顯著，當COVID-19限制在2020年減緩了中國工業產出時，當地溫度 仍持續升高到0.3°C（0.5°F）。
印度的氣膠排放 量也相繼和其他亞洲國家的排放量一同增加。這不僅是沉重的工業責任。Bhupesh Adhikary說：「以前，在南亞，每個人都在騎自行車或散步。」「在早其(人們)會乘公共汽車旅行，但現在一個家庭有三輛汽車或兩輛摩托車。」他指出，隨着人口的增長，即使是用傳統能源，如木材和燒飯、取暖等，氣膠排放量仍在不斷增加。
今天 ,一片巨大的雲 定期在印度、中國和東南亞上空飄動,並在印度洋上空飄移-這是由烹飪爐、煤廠、汽車和無處不在的摩托車出租車（稱爲嘟嘟車）中的黑色的灰、煙塵和有機碳化合物的吸收輻射的顆粒所供給的。
亞洲各地的污染雲是一片廣袤且有影響力的棕色雲朵。3公里厚（1.9英里）的大容量塊，從區域範圍內照射到地球表面的陽光高達10%；這種巨大的密集雲與 亞洲冬季季風的急劇減弱有關。它會阻礙對流——Charles Ichoku懷疑燃燒生物量和飛塵對非洲的影響很大—會抑制雨水，因爲雲滴會黏在微粒上而不是掉落。
當這些氣膠最終從空氣中脫落時，它們可以降落在高山雪和冰上，並通過吸收太陽輻射加速導致冰雪的融化。喜馬拉雅冰川每年最長可退1米（3英尺），預計到2050年將縮小一半。有些專家 認爲，這些損失幾乎都是由氣膠引起而不是由溫室氣體暖化所造成的。喜馬拉雅冰川爲7.5億左右的人口提供水源。失去水源將是一場人類和生態災難，並可能破壞中國的穩定，這與歷史上火山爆發的情況一樣。
氣膠籠罩着未來
同時，回到北美，非洲大陸已使其硫排放量大幅增加，野火正在不停上升，這種威脅與亞洲和非洲的煙灰和塵粒污染的棕色大氣雲相同並論。已有跡象表明,褐色碳–殘餘未燃燒的生物質– 正在上層大氣中積累。 還涉及北極的黑碳沉積問題-那裏的污染是在暖風中造成的，使北極的冰和雪融化。
如果將融化的北極冰海往工業和海運船隻開闢，極地地區的黑碳層（由蒸騰船運、極地油井燃氣引起） 與中緯度所排放的相同碳量相比，北極表面溫度反應可能會增加五倍，從而導致局部雪和冰的大融解。
儘管氣膠影響不確定，但冷卻效應似乎仍然是其主要影響。近年來經過改進的建模顯示了許多方法，氣膠冷卻正在控制溫室氣體升溫的最嚴重影響。例如，如果沒有氣膠冷卻， 則在世界各地載運大量水份和造成災難性洪水的大氣河流可能會更爲強大； 大西洋中的冠狀迴旋迴流 （包括海灣溪流的海流）應較弱；赤道太平洋東部的水域應較熱。
耶魯大學 地球與行星科學系研究生Ulla Heede說 ：「我們正在傷腦筋，就像這種‘不合常理’一樣。」他正在研究太平洋異常現象。較早的模式完全基於溫室氣體所影響，這表明全球升溫應該削弱了東風，使它們減少了深海冷水的溫度調節區域。她說，「除非氣膠發揮作用。」Heede將氣膠冷卻系統的預估到放入研究模型，並發現 了完美的貼合度。「這是唯一剩下的事情」
但是，如果氣膠及其冷卻效果降低，會發生什麼情況？Heede預測太平洋島民的洪水以及其他無法瞭解的結果。「如果流通速度放慢，許多其他事情都將進行調整，我不認爲我們作爲人知道這些事情將如何經歷。」
所有這些棘手的不確定性都會隨着模型和觀測數據的不斷完善而進步。但是，如果我們不很快就知道神祕氣膠變數在我們星球的大氣層中所佔的影響，人類就會像一千年前的中國統治者一樣陷入同樣的困境，看着我們的王朝在氣候混亂的情況下崩潰，對世界另一端發生的原因和影響沒有明確的理解。
Conrad Fox是自由記者和媒體製作人。在 conradfox.com尋找他的作品 、並在Twitter @willybones追蹤他。
橫幅圖片：中國安陽的空氣污染、約於2013年。中國和世界各地的氣膠污染仍然是公共衛生問題，每年造成數百萬人過早死亡。圖片：V.T.通過 Flickr（CC by－NC-ND 2.0）生成Polywoda。
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