研究示意圖。受訪者供圖■本報記者 陳彬
提到全球變暖，人們往往首先想到二氧化碳、甲烷乃至氟利昂等能夠加劇大氣溫室效應的溫室氣體。很多人不知道，大氣中還存在一類可以抑制氣候變暖的物質。而人類擴張農田等行為，可能在客觀上導致大氣中“降溫物質”減少，進而加劇全球氣候變暖。
天津大學教授傅平青團隊聯合清華大學、美國密西根大學等單位的研究人員，首次在全球尺度上系統(tǒng)量化了工業(yè)革命以來人類擴張耕地對大氣中自然源二次有機氣溶膠含量及其輻射效應的影響，并系統(tǒng)揭示了耕地擴張通過破壞“自然冷卻屏障”，從而加劇全球變暖的新機制。相關研究成果近日發(fā)表于《自然-地球科學》。
冷卻大氣的“天然小球”
二次有機氣溶膠是一種能夠抑制全球變暖的“降溫物質”。“一提到‘氣溶膠’，大家很容易聯想到造成霧霾天氣的細顆粒物PM2.5，即直徑小于或等于2.5微米的固體或液體顆粒狀物質，此類物質往往是由汽車尾氣、工業(yè)排放造成的。”論文第一作者、天津大學教授朱佳雷說，除了人類行為，自然界也產生氣溶膠，二次有機氣溶膠就是其中最重要的一種。兩種氣溶膠的重要不同點在于前者往往含有很多危害人體健康的物質，后者不但“純天然”，還能起“降溫”作用。
“我們可以將這些氣溶膠想象成一個個飄浮在大氣中的天然小球，會反射陽光，減少到達地面的陽光輻射量。此外，二次有機氣溶膠還能促進云滴形成，云滴可以遮蔽陽光，從而降低地表溫度。”朱佳雷說，二次有機氣溶膠對地球氣候系統(tǒng)起重要的自然冷卻作用。
二次有機氣溶膠是如何產生的？
朱佳雷告訴《中國科學報》，二次有機氣溶膠的產生以揮發(fā)性有機物VOCs為“原料”。這種“原料”經過吸附、凝結、大氣化學反應等一系列過程，最終轉化為懸浮于大氣中的細粒子。而這種揮發(fā)性有機物正是自然植被生命過程中釋放的。
工業(yè)革命以來，為滿足人口激增產生的糧食需求，人類開始大規(guī)模開墾農田，導致全球森林、草地面積銳減。“當森林、草原變農田后，其釋放出的揮發(fā)性有機物是否產生變化、是否影響大氣中二次有機氣溶膠的含量，進而對地球這層‘降溫屏障’造成損害？這個問題長期被人們忽視。”朱佳雷說。
“種莊稼”不如“長大樹”
研究團隊利用納入自主研發(fā)的復雜二次有機氣溶膠形成機制的地球系統(tǒng)模型，在全球尺度系統(tǒng)上量化了工業(yè)革命以來耕地擴張對自然源二次有機氣溶膠含量及其輻射效應的影響。
“我們發(fā)現，目前人類耕地擴張顯著改變了全球植被類型分布。”朱佳雷介紹，工業(yè)革命以來，全球耕地面積增長了約2.7倍，增長面積主要來自森林和草地的轉化。這導致二次有機氣溶膠的關鍵性前體物排放減少約10%，全球的二次有機氣溶膠總量同步下降約10%。
為什么同樣是長植物的土地，“種莊稼”和“長大樹”對揮發(fā)性有機物的影響有如此大的差異呢？
朱佳雷解釋說，不同植物釋放揮發(fā)性有機物的強度相差極大，因為揮發(fā)性有機物是植物生理過程中的“副產品”。植物新陳代謝越旺盛，釋放的揮發(fā)性有機物越多。“一棵大樹的新陳代謝量是相同面積的小麥難以比擬的。”
因此，不同植被類型的“耕地化”對二次有機氣溶膠減少的影響也有很大差別。常綠闊葉林面積減少導致的二次有機氣溶膠下降量占總下降量的50%。相比之下，草地面積雖然減少得最多，但其影響卻極小。然而，這些變化匯集在一起，對大氣降溫作用的影響是巨大的。
研究團隊發(fā)現，工業(yè)革命以來的耕地擴張，已經使二次有機氣溶膠對大氣的凈降溫作用減少了11%，其凈增溫效應相當于同期二氧化碳增溫效應的8%。
更嚴峻的是，在氣候變暖與空氣污染減輕的未來情景下，相同耕地擴張的增溫效應將比當前強約50%。同時，在人為氣溶膠減少的背景下，來自自然的氣溶膠將在云的形成過程中扮演更重要的角色。
“碳賬本”和“氣溶膠降溫賬”都應考慮
在朱佳雷看來，當前全球氣候變暖的研究既要關注二氧化碳這類“增溫”氣體，也要關注二次有機氣溶膠這類起“降溫”作用的物質，這樣才能對氣候變化進行更精準的預測和評估。
“現階段，我們對二氧化碳的研究已經比較成熟，其在氣候變化預測中的不確定性已經很小了。但對于氣溶膠類物質的降溫效應，我們的關注度和認識還很不足，這也是我們在進行科學研究以及制定相關政策時需要注意的。”朱佳雷說。
傅平青表示：“這項研究警示我們，在制定糧食安全與氣候政策時，必須同時考慮土地利用變化對‘碳賬本’和‘氣溶膠降溫賬’的雙重影響。”
對此，研究團隊指出，保護和恢復森林生態(tài)系統(tǒng)不僅能固碳，還能維持重要的自然降溫功能，使植樹造林等“雙碳”戰(zhàn)略舉措產生超過預期的減緩氣候變暖效益，這一“非碳”效益在未來氣候變暖背景下將十分珍貴。
“我們希望這些研究成果能夠為國家制定碳中和戰(zhàn)略和土地管理政策提供一定的科學依據，為全球氣候變化預測和應對相關問題提供新思路。”傅平青說。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41561-025-01718-z
《中國科學報》(2025-08-14 第1版 要聞)