太陽粒子如何影響地球氣候變化

當(dāng)我們思考太陽對(duì)地球的氣候產(chǎn)生影響時(shí)，通常會(huì)想到太陽輻射，我們非常清楚紫外線輻射灼傷皮膚所帶來的痛苦。盡管太陽為地球生命提供能量，但潛在的危險(xiǎn)似乎無處不在。太陽是一顆活躍的恒星，不斷地釋放所謂的“太陽風(fēng)”——主要由質(zhì)子和電子組成的帶電粒子，以每秒數(shù)百公里的速度噴射出來。

一些帶電粒子在地球磁場(chǎng)的引導(dǎo)下進(jìn)入地球極地大氣層，因此我們可以在南半球看到神秘美麗的南極光，以及北半球的北極光。這種可見太陽粒子進(jìn)入地球大氣層的表現(xiàn)是一種表征現(xiàn)象。但不僅僅是發(fā)出光線，太陽釋放的帶電粒子還會(huì)產(chǎn)生其他方面的影響。

太陽粒子和地球臭氧

當(dāng)太陽粒子進(jìn)入地球大氣層，太陽粒子的高能量會(huì)電離地球大氣的中性氮、氧分子，這兩種分子占地球大氣99%的成分，太陽粒子也被稱為“高能粒子降雨”，得名于它像來自太空的粒子雨，是地球極地上空30千米以上區(qū)域大氣電離的主要來源，它會(huì)引發(fā)一系列的反應(yīng)，產(chǎn)生促進(jìn)破壞臭氧的化學(xué)物質(zhì)。

據(jù)悉，太陽粒子對(duì)地球大氣層臭氧產(chǎn)生影響最早是1969年觀測(cè)到的，自21世紀(jì)初之后，基于陸續(xù)發(fā)射升空的新型觀測(cè)衛(wèi)星，科學(xué)家掌握越來越多的證據(jù)表明，太陽粒子在影響極地臭氧方面發(fā)揮著重要作用。在太陽活動(dòng)特別活躍的時(shí)候，當(dāng)太陽向太空釋放大量粒子時(shí)，海拔50千米以上的地區(qū)多達(dá)60%的臭氧會(huì)被消耗，該影響可能持續(xù)幾個(gè)星期。

在更低的地球大氣位置，大約低于距離地球表面50千米的區(qū)域，太陽粒子是造成極地臭氧水平逐年發(fā)生變化的重要因素，太陽粒子襲擊將持續(xù)導(dǎo)致臭氧損失。然而，最近一項(xiàng)研究表明，太陽粒子還有助于抑制南極臭氧空間進(jìn)一步損耗。

臭氧如何影響地球氣候

地球大氣層中的臭氧大部分位于距離地球表面20～25千米的薄層——“臭氧層”，但是臭氧在大氣中無處不在，從地球表面至海拔100千米之上，它是一種溫室氣體，在加熱和冷卻大氣中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這使得它對(duì)氣候系統(tǒng)至關(guān)重要，在南半球，極地臭氧的變化會(huì)影響區(qū)域氣候條件。

臭氧在南極洲上空的耗竭產(chǎn)生了降溫效應(yīng)，反之促進(jìn)了環(huán)繞南極洲的西風(fēng)急流，隨著南極臭氧空洞的逐漸恢復(fù)，西風(fēng)急流會(huì)進(jìn)一步向北蜿蜒，影響降雨模式、海洋表面溫度和洋流，南環(huán)模型描述了環(huán)繞南極地區(qū)的風(fēng)帶由北至南運(yùn)動(dòng)狀況。

臭氧對(duì)未來的氣候預(yù)測(cè)十分重要，它不僅存在于稀薄的臭氧層，而且從整個(gè)大氣層了解影響臭氧變化的因素至關(guān)重要，無論是人為因素還是像太陽這樣的自然因素。

太陽產(chǎn)生的直接影響

太陽粒子和臭氧之間的聯(lián)系是非常明確的，但是太陽粒子對(duì)氣候會(huì)產(chǎn)生怎樣的直接影響呢？我們有觀測(cè)證據(jù)表明，太陽活動(dòng)影響地球兩極區(qū)域氣候變化，氣候模型還顯示，這種極地效應(yīng)與更大的氣候模式（例如北部和南部環(huán)形模式）有關(guān)，并影響中緯度地區(qū)的地理?xiàng)l件。

太陽對(duì)地球產(chǎn)生具體詳細(xì)的影響尚不清楚，但太陽粒子對(duì)氣候系統(tǒng)的影響將首次納入即將舉行的政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）評(píng)估的氣候模擬。

通過太陽輻射和粒子作用，太陽為我們的氣候系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的能量輸入。雖然太陽磁場(chǎng)活動(dòng)周期為11年，但它們不能解釋最近由于氣候變化而導(dǎo)致的全球氣溫快速上升。

我們知道地球大氣中不斷增多的溫室氣體正在導(dǎo)致地球表面溫度升高（19世紀(jì)物理學(xué)家就已知道這一氣候趨勢(shì)），同時(shí)，我們還明白人類活動(dòng)促進(jìn)大氣溫室氣體不斷增多，這兩個(gè)因素結(jié)合在一起將解釋當(dāng)前我們所觀測(cè)到的全球氣溫升高現(xiàn)象。

太陽粒子對(duì)云層的影響如何

云層位于大氣低端位置，比大多數(shù)太陽粒子穿透大氣層的位置低很多，太陽粒子被稱為星際射線，它們可能與云層形成密切相關(guān)。

專家曾認(rèn)為，宇宙射線可以影響凝結(jié)核的形式，而凝結(jié)核相當(dāng)于云層的“種子”，但近期歐洲核子研究中心（CERN）研究表明，這種影響微不足道，不會(huì)對(duì)云層形成起到重要作用。但該研究并未排除宇宙射線影響云層形成的其他機(jī)制，但迄今為止未發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)支持。