达特茅斯大学领导的一项对阿拉斯加和格陵兰冰芯的研究发现，化石燃料燃烧产生的空气污染到达偏远的北极地区，其数量之大足以改变其基本的大气化学成分。这些发现说明了化石燃料排放的长期影响，并为清洁空气规则的重要性提供了支持，该团队发现清洁空气规则可以扭转这种影响。
根据《自然地球科学》的一份报告，污染对北极的影响从工业时代化石燃料的广泛使用开始就开始了。研究人员在一个意想不到的地方发现了这一足迹——他们测量了海洋浮游植物活动的一种空气中副产品甲烷磺酸(MSA)的下降，这种物质在空气污染开始加剧时被捕获在冰芯中。
浮游植物是海洋食物网中的关键物种，碳循环被认为是海洋对气候变化反应的领头羊。MSA已被科学家用作浮游植物生产力下降的指标，因此，海洋生态系统处于困境。
但达特茅斯大学领导的研究小组报告说，即使浮游植物数量稳定，在燃烧化石燃料产生高排放的环境中，MSA也会急剧下降。他们的模型显示，这些排放物导致浮游植物产生的初始分子——硫化物二甲酯——变成硫酸盐而不是MSA，导致MSA水平的欺骗性下降。
研究人员发现，随着工业化的开始，MSA急剧下降。当欧洲和北美在19世纪中期开始大量燃烧化石燃料时，格陵兰冰芯的MSA开始急剧下降。然后，近一个世纪后，在东亚经历大规模工业化的时候，同样的生物标志物在阿拉斯加的冰芯中急剧下降。
“我们的研究是一个鲜明的例子，说明空气污染如何极大地改变数千英里外的大气化学。亚洲或欧洲排放的污染没有得到控制，”雅各布·查利夫说，他是该研究的第一作者，也是达特茅斯大学地球科学副教授、资深作者埃里希·奥斯特伯格实验室的研究生。
“通过向世界释放所有这些污染，我们从根本上改变了大气过程，”查利夫说。“北极这些偏远地区看到了这些不可否认的人类印记，这一事实表明，这个星球上几乎没有我们没有触及过的角落。”
奥斯特伯格说，这项新研究解决了围绕MSA重要性的一个长达数年的海洋谜团。奥斯特伯格领导了从德纳里国家公园和保护区提取的一个700英尺的冰芯，研究人员在分析中使用了这个冰芯。2013年，奥斯特伯格与新英格兰大学的卡梅隆·威克教授、卡尔·克鲁兹和达特茅斯学院的校友多米尼克·温斯基(Dominic Winski)(他也于2018年获得了达特茅斯学院的博士学位)一起在缅因大学收集了这些核心数据。
德纳里岩芯包含了一千年的气候数据，其形式包括气泡、微粒和被困在冰中的化合物，包括MSA，这是冰芯分析中常见的目标。几个世纪以来，Denali地核中的MSA经历了轻微的波动，“直到20世纪中期，它才从桌子上掉下来，”Osterberg说。
奥斯特伯格的ICE实验室的研究人员最初是由研究的合著者、达特茅斯学院17岁的校友大卫·波拉申斯基(David Polashenski)领导的，他们开始调查北太平洋MSA水平的急剧下降表明了什么。奥斯特伯格和研究的合著者、科尔比学院(Colby College)教授、达特茅斯大学(Dartmouth)博士后贝丝·科夫曼(Bess Koffman)后来测试了许多理论来解释德纳里MSA被拒绝的原因。
就像格陵兰岛的研究一样，他们首先考虑的是MSA的下降是否是海洋生产力崩溃的证据，“但没有任何证据，”奥斯特伯格说。“这是个谜。”
查利夫开始这个项目的时候，研究的合著者、达特茅斯学院的校友、18岁的乌尔拉·琼格布洛德(Ursula Jongebloed)正在重新评估一项2019年关于格陵兰冰芯的研究，该研究报告称，那里的MSA从19世纪开始稳步下降。该研究将这种下降与由于洋流减缓而导致的亚北极大西洋浮游植物数量锐减联系起来。
但Jongebloed的工作导致了去年发表的一项研究，该研究报告称，在格陵兰冰芯中发现的MSA下降并不是海洋生态系统崩溃的结果。相反，它们可能是由于污染首先阻止了MSA的产生而引起的。
2022年，Chalif和Jongebloed在瑞士的一次会议上相识，并讨论了格陵兰岛和德纳里岛的MSA记录。
“我们重新考虑了之前的所有假设，”查利夫说。“我们知道Denali的MSA下降不是由于海洋生产力，所以我们知道大气化学的某种变化一定与此有关。”
他们讨论了硝酸盐污染可能产生的影响，这种污染通常是通过燃烧化石燃料排放出来的。当天晚上，查利夫开始研究硝酸盐对MSA的影响。
“差不多每年，当德纳里的MSA下降时，硝酸盐就会飙升。类似的事情也发生在格陵兰岛。”“在德纳里，500年来MSA相对平稳，没有明显的趋势。然后在1962年，它暴跌。硝酸盐与之相似，但方向相反——几个世纪以来它基本上是平坦的，然后急剧上升。当我看到这一幕时，我灵光一现。”
他们的研究结果表明，燃烧化石燃料产生的空气污染扩散到大西洋和太平洋，抑制了北极MSA的产生。研究人员报告说，除了排除广泛的海洋生态系统崩溃之外，这些发现还为使用MSA水平来测量大气中的污染打开了一扇新的大门，特别是在没有明显排放源的地区。
奥斯特伯格说:“海洋生态系统的崩溃并不能解释这些MSA的下降，这些年轻的科学家发现了真正发生的事情。”
他说:“对我来说，这是一种了解污染如何影响大气的新方法。”“好消息是，我们并没有看到我们认为的海洋生态系统的崩溃。坏消息是空气污染造成了这种情况。”
但来自格陵兰核心的数据表明，当欧洲和美国的空气污染得到更严格的管制时，当地的大气开始稳定下来，奥斯特伯格说。随着氮污染水平的下降，MSA在20世纪90年代有所回升。这是因为影响MSA的氮氧化物在几天内就会消散，不像二氧化碳在大气中徘徊了几个世纪。
奥斯特伯格说:“这些数据显示了法规在减少空气污染方面的力量，一旦你关闭水龙头，它们就会立即产生效果。”“我担心年轻人会因为环境危机而辞职，因为我们听到的都是坏消息。我认为当我们得到好消息时，承认它是很重要的。在这里，我们看到监管可以发挥作用。”
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