尽管火山喷发主要以其对陆地的毁灭性影响而闻名，但它们也会以令人惊讶的方式影响大气。喷发被抛入天空的颗粒可以改变云层的成分，从而冷却下方的地表。新的研究表明，火山灰通过操纵冰晶在云的形成中起着意想不到的作用。
《科学进展》杂志上发表的一项新研究发现，火山灰能够促使冰在云中成型，这一过程之前并未得到广泛研究。其环境效应——火山灰如何影响地球的辐射——仍有待辩论，但对云形成过程的更好理解可以为旨在减缓全球变暖的地球工程措施提供参考。
云和火山如何影响辐射
云与辐射有着复杂的关系。这一点体现在它们对地球辐射收支的影响上，辐射收支是指来自太阳的入射短波辐射与来自地球的传出长波辐射之间的平衡。根据云层的厚度和高度，它可以起到吸收或反射的作用。
较低、较厚的云会反射更多的太阳辐射，从而使地球表面降温。较高、较薄的云反射的入射太阳辐射较少，甚至倾向于吸收地球本身不断发出的红外辐射。卷云——高层大气中稀疏的冰云——通常对地球有净增温效应。
火山通过其喷射的颗粒也会影响地球的辐射收支。科学家们主要关注硫酸盐气溶胶，它们是在火山喷发将二氧化硫释放到大气后形成的。尽管硫酸盐气溶胶会破坏臭氧层并产生酸雨，但它们也能通过反射太阳辐射来帮助地球降温。
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火山灰的影响
火山灰不像硫酸盐气溶胶那样受到广泛关注，但新的研究证明，在气候讨论中也需要考虑它。
在这项研究中，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员通过检查 NASA 的 Cloudsat 和 CALIPSO 任务的雷达和激光雷达数据，收集了有关云中冰晶的信息。
研究小组发现，富含火山灰的火山喷发导致云层中的冰晶数量减少，但尺寸更大。
“研究开始时，我们确实预计受火山喷发影响的云与自然云会有所不同，但并非以我们最终发现的方式，”LLNL 的科学家 Lin Lin 在一份声明中说。“我们曾预期火山气溶胶会导致云中冰晶数量增加。但令我们惊讶的是，数据显示的情况恰恰相反。”
处理卷云
该团队最初认为，火山喷发会导致均匀成核，即冰在没有表面存在的情况下自发形成。但他们发现，富含火山灰的喷发会促使一种相反的反应，称为非均相成核，即冰的形成需要像火山灰这样的“杂质”。火山喷发后，水滴会附着在火山灰颗粒上，然后才能冷到足以结冰。
通过产生更少但更大的冰晶，发生非均相成核的云最终反射的太阳辐射较少，但它们也允许更多的地球辐射逃逸到太空中。该团队还确定，富含火山灰的喷发导致卷云的频率更高。
研究人员表示，火山灰需要被纳入更多的气候模型中，以准确了解所有这些因素如何影响地球表面温度。关于火山灰的进一步研究还可以为稀释卷云的计划提供指导，这是一项旨在减缓全球变暖的提议。该过程将涉及向大气中喷洒气溶胶以稀释或消除卷云，从而允许更多的长波辐射离开地球。
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文章来源
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《科学进展》杂志。火山灰的冰成核作用极大地改变了卷云的性质
NASA。地球的辐射收支
NASA。气溶胶：具有巨大气候影响的小颗粒
《大气化学与物理学》杂志。技术说明：基于冰成核粒子和冰晶数量浓度关系，识别尘埃相关卷云的两种成核机制
