A légköri metil-jodid hosszú távú változása és kapcsolata a globális környezeti változásokkal

Környezetmérési és -elemzési Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Levelező szerző: Y. Yokouchi, Környezetmérési és -elemzési Központ, Országos Környezettudományi Intézet, 16–2 Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305-8506, Japán. ([email protected]) Keresse meg a szerző további cikkeit

Globális Környezetkutatási Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Tudomány és Technológia Ágazat, Környezet Kanada, Toronto, Ontario, Kanada

Ausztrál időjárási és éghajlat-kutatási központ, CSIRO tengeri és légköri kutatások, Aspendale, Victoria, Ausztrália

Környezetmérési és -elemzési Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Globális Környezetkutatási Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Nagano Környezetvédelmi Kutatóintézet, Nagano, Japán

Globális Környezetkutatási Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Környezetmérési és -elemzési Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Globális Környezetkutatási Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Tudomány és Technológia Ágazat, Környezet Kanada, Toronto, Ontario, Kanada

Ausztrál időjárási és éghajlat-kutatási központ, CSIRO tengeri és légköri kutatások, Aspendale, Victoria, Ausztrália

Környezetmérési és -elemzési Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Globális Környezetkutatási Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Nagano Környezetvédelmi Kutatóintézet, Nagano, Japán

Globális Környezetkutatási Központ, Nemzeti Környezettudományi Intézet, Tsukuba, Japán

Absztrakt

[1] Felvetődött, hogy az óceánból származó illékony szerves vegyületek (VOC) kibocsátását befolyásolhatja a globális felmelegedés, visszacsatoló hatással az éghajlatra. Hosszú távú megfigyelésekre van szükség a globális környezeti változásokra adott válaszként a kibocsátásuk változásának észleléséhez. Itt számolunk be először a légköri metil-jodid (CH3I), a legnagyobb mennyiségben jódot tartalmazó vegyület túlnyomórészt az óceánból kibocsátott hosszú távú változásairól. Az 1990-es évek végétől 2011-ig rendszeresen figyeltük koncentrációját öt távoli helyen, az északi szélesség 82,5 ° -40,4 ° kiterjedésében, valamint a Csendes-óceán nyugati és északi részén. A megfigyelési helyek többségében a CH3I 2003/2004-ről 2009/2010-re több tíz Az évközi változási mintát jól megközelíti a szinuszgörbe 11 éves periódussal, és jó korrelációt mutatott a csendes-óceáni évtized decimális oszcillációjával (OEM), ami arra utal, hogy a CH3I-kibocsátás befolyásolja globális léptékkel, a tenger felszínének hőmérsékletével (SST) kapcsolatos, évtizedes anomáliák. A természetes rezgések vagy a környezeti változások hatása az óceán nyomkövető gázkibocsátására nagyobb lehet, mint azt korábban gondolták, és ezek a kibocsátások tehát érzékenyek lehetnek a jövőbeli klímaváltozásra.

1. Bemutatkozás

[2] Az óceánból a légkörbe számos VOC-t bocsátanak ki, és ezek közül néhány fontos szerepet játszik a légköri kémia, az elemek globális körforgása és így a globális környezet között [ Carpenter és mtsai., 1999; Covert és mtsai., 1992; Meskhidze és Nenes, 2006; Montzka és mtsai., 2011; O'Dowd, 2002]. Ezért az, hogy kibocsátásaikat hogyan befolyásolja az éghajlatváltozás, és a kibocsátás változásának éghajlatra gyakorolt hatása, több mint 20 éve aggodalomra ad okot [ Andreae, 1990; Charlson és mtsai., 1987; Denman és mtsai., 2007; O'Dowd és De Leeuw, 2007]. Azonban a VOC-k tényleges reakciójára a környezeti változásokra világszerte nem került sor, főként a hosszú távú mérések korlátozott száma és az óceáni kibocsátások évközi változásainak észlelésének nehézsége miatt, amelyeket a nagy szezonális és térbeli variációik.

[3] A tengeri eredetű VOC-k közül a légkörben a CH3I különösen fontos, mint jód hordozója az óceánból a szárazföldre [ Huncutka, 1975], valamint egy aeroszol prekurzor [ Chameides és Davis, 1980; O'Dowd, 2002]. Noha a légköri CH3I viszonylag rövid életű (több nap), globálisan mindenütt jelen van; általában a CH3I koncentrációk sima szélességi gradienst és pszeudo-szinuszos szezonális variációt mutatnak [ Cox és mtsai., 2005; Yokouchi és mtsai., 2001; Yokouchi és mtsai., 2008]. Míg az óceánban a CH3I fő termelői továbbra sem tisztázottak a biológiai [ Amachi és mtsai., 2001; Manley és Dastoor, 1988] és fotokémiai források [ Moore és Zafiriou, 1994], egészen biztos, hogy gyártása erősen pozitív kapcsolatban áll az SST-vel [ Chuck és mtsai., 2005; Cohan és mtsai., 2003; Ooki és mtsai., 2010; Wang és mtsai., 2009; Yokouchi és mtsai., 2001]. Ez arra utal, hogy a globális felmelegedés növelheti a CH3I-kibocsátást. A tengeri CH3I-kibocsátás hosszú távú változásainak ismerete fontos annak értékeléséhez, hogy a tengeri eredetű szerves gázokat hogyan befolyásolhatja az éghajlatváltozás.

[4] Itt a légköri CH3I hosszú távú változásairól számolunk be a világ különböző helyszínein, bemutatva annak erős évtizedes változását, amely jól korrelál a Csendes-óceáni Decadal Oszcillációval (OEM).

2. Megfigyelés

3. Eredmények és megbeszélés

[7] A légköri CH3I évközi változásai inkább szinuszos oszcillációnak tűnnek, és a 11 éves periódusú szinuszgörbéket a legkisebb négyzetek jól illesztették a négy adatsorba (3. ábra): Figyelmeztetés, r = 0,77 (o [8] Az SST-hez kapcsolódó egyik évtizedes paraméter a Csendes-óceáni Decadal Oscillation (OEM) [ Mantua és Nyúl, 2002], amelyet a Csendes-óceán északi részén (az ÉSZ 20 ° -tól északra) a havi SST-változékonyság vezető fő komponenseként határoznak meg. Az OEM valószínűleg úgy befolyásolja a Csendes-óceán ökoszisztémáit, hogy generálja vagy módosítja az évtizedek közötti időskála klímaváltozatait [ Mantua és Hare, 2002; Mantua és mtsai., 1997]. Az OEM-index pozitív fázisa (N. Mantua: http://jisao.washington.edu/pdo) a rendhagyóan hideg csendes-óceáni közép-nyugati SST-kkel és a csendes csendes-óceáni SST-kkel, a negatív fázissal pedig ellentétes feltételekkel társul. . Mintavételi pontjaink többsége olyan területeken található, ahol az SST a normálisnál melegebb, ha az OEM-index negatív (ábra: //jisao.washington.edu/pdo). A PDO index inverzének variációs mintája a vizsgálati időszak alatt (4. ábra) általában hasonló volt a négy földi állomás éves CH3I koncentrációjának átlagos variációs mintáihoz (3. ábra): Figyelmeztetés, r = 0,70 (o

[9] A közvetlen SST hatás mellett az északi-sarki tengeri jégtakaró jelentős csökkenése az elmúlt években [ Kinnard és mtsai., 2011] fokozott CH3I-kibocsátáshoz vezethetett az óceánból az Alert közelében, ami magasabb CH3I-koncentrációhoz vezetett ott nyáron, amikor a CH3I hosszútávú transzportját a közepes szélességi fokokról a gyors fotodegradáció csökkenti.

[10] A légkörben a CH3I fotolitikus bomlásának hosszú távú változásainak hiányában az óceánból származó CH3I-kibocsátás tendenciájának hasonlónak kell lennie a légköri CH3I-koncentrációkéhoz, vagyis több tíz egy évtized centje korrelált az OEM-szel. Az OEM OEM meleg és hűvös fázisa közötti tipikus SST anomália különbség nem haladja meg az 1,4 ° C-ot (ábra: http://jisao.washington.edu/pdo), míg a légköri CH3I és az SST szélességi variációinak kapcsolata csak egy 3% -kal nőtt a CH3I-kibocsátás 1 ° C-onként [ Yokouchi és mtsai., 2001]. Bizonyos óceáni területeken azonban a tengervíz CH3I-koncentrációjának sokkal nagyobb válaszát figyelték meg az SST-re [ Chuck és mtsai., 2005; Ooki és mtsai., 2010], ami szubtrópusi vizekben fokonként 33% -os növekedést jelent az északi 12 ° -ról 25 ° -ra, az é. Sz. 155 ° mentén [ Ooki és mtsai., 2010]. Ezért a CH3I termelő mechanizmusára és annak szabályozó tényezőire összpontosító tanulmányok az ilyen területeken kulcsfontosságú információkat nyújtanának az SST közvetlen vagy közvetett hatásáról a CH3I emisszió észlelt nagy, évtizedes változására.

[11] A légköri CH3I koncentrációk nagy szezonális és térbeli eltérései ellenére ebben a tanulmányban sikeresen kimutattunk egy hosszú távú tendenciát, amely egy decadal oszcillációt mutat, amely jól korrelál az OEM-mel. Ez a megállapítás azt sugallja, hogy a tengeri gázkibocsátás érzékeny lehet a jövőbeni éghajlatváltozásra, felvetve ezek lehetséges visszacsatolási hatásainak jelentőségét az éghajlatra nézve. A tengeri eredetű VOC-k szisztematikus globális mérésére továbbra is szükség van nemcsak a biogeokémiai visszacsatolási hatások előrejelzéséhez, hanem az óceán-légkör rendszer folyamatban lévő változásainak észleléséhez is.

Köszönetnyilvánítás

[12] Köszönjük a kanadai Meteorológiai Szolgálat riasztási megfigyelő állomásának munkatársainak és az ausztrál Meteorológiai Iroda munkatársainak a Cape Grim Baseline állomáson, valamint a CSIRO munkatársainak a Marine and Atmospheric Research munkatársainak a mintavételhez és az NIES. Ezenkívül köszönetet mondunk Shigeru Karijanak, Tomoyasu Yamadának, Tomoko Nojirinak, a Globális Környezetvédelmi Fórum Alapítványának (GEFF) a Csendes-óceánon a hajó fedélzeti mintavételében nyújtott segítségért; Nobukazu Oda és Fujio Shimano, a GEFF-től a Hateruma-szigeten és az Ochiishi-fokon végzett mintavételhez nyújtott segítségükért; valamint Tsutomu Harada, Toshimi Tsuchiya, Hikaru Satsumabayashi és a Nagano Környezetvédelem Kutatóintézet munkatársai a Happo Ridge-i mintavételhez nyújtott segítségükért. Köszönetet mondunk az M/S tulajdonosainak, kapitányainak és legénységének is Skaugran, KISASSZONY Aligátor remény, KISASSZONY Pyxis, KISASSZONY Skaubrin, KISASSZONY Fuji Transworld, és M/S Fuji Transfuture 5 a Csendes-óceán északi részén és a Csendes-óceán nyugati részén végzett mintagyűjtés támogatásáért.

[13] A szerkesztő köszönetet mond két névtelen lektornak a cikk értékelésében nyújtott segítségért.

Amachi, S., Y. Kamagata, T. Kanagawa és Y. Muramatsu (2001), A baktériumok közvetítik a jód metilezését tengeri és szárazföldi környezetben, Appl. Környezet Microbiol., 67 (6), 2718 - 2722, doi: 10.1128/AEM.67.6.2718-22722.2001.

A CrossRef szerint idézett alkalmak száma: 23

E. Raddaoui, P. Soulard, M. Guinet, H. Aroui, D. Jacquemart, Légtágulási együtthatók mérése és modellezése a CH3I ν6 sávjához, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 10.1016/j.jqsrt.2020.106934, (106934), (2020).

parti és egy szárazföldi terület Sabahban, a malajziai Borneóban, Légköri kémiai és fizikai viták, 10.5194/acpd-14-1919-2014, 14, 2, (1919-1969), (2014).