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当2004年4月台风艾利经过台湾的时候，超强台风暹芭正在西太平洋剧烈翻腾。感谢美国国家海洋和大气管理局提供图片。 |
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该研究首次调查了当台风强度最大的时候的河流水以及正在被冲刷到海中的沉积物的化学性质,这将有助于科学家开发出更好的全球气候变化模型。
俄亥俄州立大学的地球科学副教授Anne Carey说她和她的同事自从2004年项目开始以来已经经历了两次台风。《地质学》杂志的这篇论文详细叙述了他们对2004年7月的台风蒲公英活动期间台湾的浊水溪进行研究的成果。
Carey的研究组分析了来自全世界的水与河流沉积物,从而测量随着山的风化,大气中失去了多少碳。
他们研究了两种类型的风化：物理风化和化学风化。物理风化是指土壤被冲到海洋中掩埋起来。如果含碳的有机物附着在土壤上,那些碳也会被掩埋在海洋中。
化学风化是指山坡上的硅酸盐岩石接触到二氧化碳和水,而岩石发生分解。碳被冲刷进入了海洋,在那里它最终形成了碳酸钙,并沉积到了海底。
Carey解释说,如果碳被掩埋到海底,它最终会变成沉积岩的一部分,而且在数亿年的时间里不会重新返回大气中。
尽管被风暴掩埋在海洋中的碳并不会解决全球变暖,了解有多少碳被掩埋在了像台湾这样的多山岛屿的沿海地区,这可能有助于科学家更好地估计有多少碳在大气中——而且还能帮助他们破解它对全球气候变化的影响。
科学家长期以来怀疑像飓风和台风这样的极端风暴会掩埋很多碳,因为它们冲刷掉了如此之多的沉积物。但是由于沉积物被迅速冲刷到了海中,需要在风暴活动期间收集样本,从而为这个问题提供一个权威的答案。
"我们发现如果你没能对这些风暴取样,那么你就不能真正理解这些沉积物和这些河流的化学搬运,"该研究的作者之一、俄亥俄州立大学的博士生Steve Goldsmith说。
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俄亥俄州立大学的博士生Steve Goldsmith在2005年的台风海棠活动期间在台湾的一个风暴庇护所里借着烛光研究水样。感谢俄亥俄州立大学提供图片。 |
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这些科学家发现,台风蒲公英活动期间,在被浊水溪送入海中的6100万吨沉积物中,大约50万吨是化学风化过程中产生的碳的颗粒。这大约相当于全年正常降雨中被河流带走的碳的95%,而且相当于在风暴活动时流域的每平方英里被冲刷走了超过400吨碳。
Carey的合作者来自台湾的一个主要的科研机构——中央研究院,当台风蒲公英在太平洋暴发的时候,他们恰好正在收集沉积物,用于对该地区进行长期研究。
"我不想说一场台风是一笔意外得到的财富,而是你得到了天气提供给你的东西,"Carey说。"由于台湾每年平均遇到4场台风,在夏季你很可能无法避免遇到台风。当一场台风袭来的时候,我们之中的某些人正好在野外,这并非不寻常。"
随着风暴接近海岸,这组地质学家驱车前往台湾中西部的浊水溪流域。
通常,这条河是很浅的。但是在台风活动的时候,它充满了来自山上的水。 不难看到汽车大小的巨石——或者真正的汽车——漂向下游。
台风蒲公英让地质学家首次有机会测试一些新设备,他们设计了这些设备用于从暴雨径流中捕捉水样。
这种设备拥有一个容量为1升的塑料瓶,塞一个加厚的特氟隆盒子里,在风暴活动期间,盒子将沉入波浪之下。他们把这个装置从桥上悬吊下去,而桥下的河水汹涌流过。在风暴活动最激烈的时候,他们出于安全考虑而把自己绑在桥上。
他们每3小时进行一次取样,在两次取样之间他们在附近的风暴庇护所躲避。
四天后,在风暴经过之后,他们把水从瓶子里过滤了出来,并对沉积物进行分析,以寻找颗粒状的有机碳。然后他们测量了剩余的水样中的二氧化硅的量,从而计算出在风暴期间发生的风化量。
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在台湾的一场台风期间，一辆车被河水冲走。感谢俄亥俄州立大学提供图片。 |
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由于他们知道风化一分子二氧化硅需要两分子碳,他们可以计算出有多少碳被冲刷到了海中。Carey、Goldsmith与研究合作者、俄亥俄州立大学的地球科学教授Berry Lyons进行了这些计算。
Carey警告说,这是首次进行这类研究,还需要更多的数据从而让台风蒲公英的数字纳入长期视角。她和Goldsmith仍然在分析来自台风海棠的数据,2005年这场台风袭击的时候他们两人恰好正在台湾,因此指出在那场风暴活动中出现了多少碳径流还为时尚早。
她说："但是由于台湾每年发生2到4场台风,认为在这些风暴活动期间的碳扣押总量可以与台湾的长期年度碳通量相提并论,这并非没有道理。"
Goldsmith说,这些发现可能对为全球气候变化建模的科学家有帮助。他指出其他研究表明台湾、新西兰和巴布亚新几内亚等多山岛屿产生了每年进入全世界海洋的沉积物的1/3。
科学家计算地球的碳"预算"——有多少碳进入了大气,又有多少碳从大气中被带走——的时候,他们需要知道有多少碳被掩埋在了海洋中。
"每年被扣押在了海洋中的碳的真正总量是多少？如果沉积物和溶解的成分的大部分在这些风暴活动期间被搬运走,又没有把风暴的作用计算在内,那么这些数字就会偏小," Goldsmith说。
当风化作用把碳从大气中带走的时候,地球就会变冷。例如,俄亥俄州立大学的其他一些地质学家最近发现阿巴拉契亚山脉的隆起和风化出现拿在距今4.5亿年的一个冰期之前。
如果被掩埋在海洋中的碳比科学家曾经认为的更多,那是否意味着我们对全球变暖的担心可以减少？
"我不会那样认为,"Goldsmith说。"但是如果你想建立一个准确的气候模型,你就需要知道每年有多少二氧化碳被自然地带走。而这篇论文表明这些数字可能在很大程度上被低估了。"
Carey对此表示同意,她还说让岩石风化不是逆转全球变暖的一个可行的策略。
"你需要把全世界的火山岩都风化掉才能让二氧化碳的浓度降低到工业时代之前的水平,"她说。"你需要把岩石粉碎成非常细的颗粒,而且这需要消耗大量的能源——化石燃料。因此这很可能没有任何长期收益。"
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