圖說:國立中山大學最新研究成果已刊登於國際期刊 Scientific Report,左起中山大學氣膠科學研究中心客座教授倪簡白、中心主任王家蓁、化學系助理教授張元賓。
近年地球上地震及火山噴發不時在各地發生,對環境造成重大影響。國立中山大學氣膠科學研究中心利用氣膠雷射光達遙測技術,2020年首次觀測到火山噴發造成的大氣重力波(gravity wave)對火山氣膠在大氣中之傳播與分布的影響,此研究除對了解地質活動如何影響大氣化學與物理機制有新的開展,還可藉由光達觀測進而推估空氣污染程度,並搭配氣象模擬進行短期預警。最新研究成果已獲刊於國際期刊 Scientific Report。
氣膠為懸浮於大氣中的微小顆粒物質,其來源十分多元,除了人為活動所產生的人為氣膠,如粒徑小於2.5微米的PM2.5,自然界本身也會產生自然氣膠,如海洋飛沫氣膠或火山氣膠。火山噴發往往會釋放大量二氧化碳、二氧化硫等氣體以及火山氣膠,這些物質影響深遠,不僅對大氣組成造成擾動,更可能影響氣候使得全球降溫(所謂的火山冬天),甚至部分生物滅絕。西元79年,義大利維蘇威火山噴發是著名的例子。
中山大學氣膠科學研究中心客座教授倪簡白指出,2020年2月,氣膠雷射光達觀測到6公里高空的一層氣膠,此一不尋常的高度引起研究團隊的注意。經追蹤發現,這些氣膠來自菲律賓塔爾火山(Taal)經大氣環流自境外移入。塔爾火山位於呂宋島,是菲國第二活躍的火山,十六世紀以來已有33次噴發紀錄。2020年1月中旬,塔爾火山甦醒爆發,活動一直持續到2月底。該次火山噴發產生大量濃煙,閃電和火山氣膠噴發到十幾公里高的天際,曾引起嚴重關切。所幸後來火山活動逐漸停止沒有造成嚴重傷害,但是噴發物質散播到東南亞各地,並有少部分漂散到台灣,在高雄上空被研究團隊觀測到。
研究團隊觀測到塔爾火山氣膠具有30分鐘的週期性波動結構,發現此波動是受到火山爆發時所造成的大氣重力波的影響。火山噴發不僅造成環境與氣候的變化,也會產生大氣波動,即所謂大氣重力波。「這是全球首次觀測到大氣中的氣膠懸浮微粒,受到火山導致的大氣重力波影響!」中山大學化學系助理教授張元賓表示,大氣重力波是大氣受到干擾所產生的擾動,其可能的能量來源包括雲層對流、火山、地震、海嘯、風暴等。重力波向上可以抵達電離層(100 km),可經由精密氣壓計在幾千公里外偵測到,亦可透過雷達、火箭及衛星儀器、地面氣輝光度計等高階儀器設備觀察到。最近2022年1月東加火山噴發造成的大氣波動也在世界各地觀測到。
中山大學氣膠科學研究中心主任、化學系副教授王家蓁強調,地球上有地質圈、大氣圈、水圈、生物圈及冰凍圈等五大體系,過去常將這些體系當作獨立系統分開研究,實際上這些不同地球體系卻透過氣膠有著相當緊密的連結,彼此間相互影響。這次的研究成果凸顯了地質活動對懸浮於大氣中的氣膠之空間分布、動力行為及物理化學特性的影響。這些氣膠特性的變異亦可連帶導致雲層生長機制的改變,甚至氣候變遷。由於近年來地球地質活動十分活躍,全球各地常有地震與火山爆發,過去對地質活動對大氣及氣膠化學影響的相關研究不多,希望這項最新研究能夠拋磚引玉,引起各界更多的重視。
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