提到全球氣候變暖，人們往往首先會想到二氧化碳、甲烷乃至氟利昂等能夠加劇大氣溫室效應的溫室氣體。但很多人不知道的是，大氣中還存在一類對氣候變暖可以起到抑制作用的物質。
人們更不知道的是，我們為了增加農業生產、提高糧食產量所進行的開墾農田等行為，可能在客觀上導致大氣中“降溫物質”減少，進而加劇全球氣候變暖。
近日，天津大學地球系統科學學院教授傅平青領導團隊聯合清華大學、美國密西根大學等單位，首次在全球尺度上系統量化了工業革命以來，人類通過擴張耕地對大氣中自然源二次有機氣溶膠（SOA）含量及其輻射效應的影響，并系統揭示了耕地擴張通過破壞“自然冷卻屏障”加劇全球變暖的新機制。
相關成果已經在學術期刊《自然-地球科學》發表，并以圖片形式在期刊官網主頁展示。
能冷卻大氣的“天然小球”
傅平青團隊研究成果中的“二次有機氣溶膠”，就是一種能夠抑制全球變暖的“降溫物質”。
“一提到‘氣溶膠’，大家很容易聯想到造成霧霾天氣的細顆粒物（PM2.5），即直徑小于或等于2.5微米的固體或液體顆粒狀物質，此類物質往往是由汽車尾氣、工業排放等行為產生。”接受《中國科學報》采訪時，該研究成果的第一作者、天津大學地球系統科學學院教授朱佳雷說，除了人類行為外，自然界中也能夠產生氣溶膠，“二次有機氣溶膠”就是其中最重要的一種。兩者的重要不同點在于——前者往往含有很多危害人體健康的物質，后者不但屬于“純天然”，還能起到“降溫”作用。
“我們可以將這些氣溶膠想象成一個個漂浮在大氣中的天然小球，它們會對陽光產生反射作用，減少到達地面的陽光輻射量。此外，二次有機氣溶膠還能夠促進云滴的形成，后者顯然可以遮蔽陽光，降低地表氣溫。”朱佳雷說，由此，二次有機氣溶膠對地球氣候系統起到重要的自然冷卻作用。
如此重要的物質是如何產生的？
朱佳雷告訴《中國科學報》，二次有機氣溶膠的產生有賴于一種被稱為揮發性有機物（VOCs）的“原料”，正是這種“原料”經過吸附、凝結、大氣化學反應等一系列過程，最終轉化為懸浮于大氣中的細粒子，即二次有機氣溶膠。
這種揮發性有機物正是自然植被在生命過程中釋放出來的。
自工業革命以來，為滿足人口激增的糧食需求，人類開始大規模開墾農田，導致全球森林、草地銳減。“當森林、草原變農田后，其釋放出的揮發性有機物是否會產生變化，是否會影響大氣中二次有機氣溶膠的含量，進而對地球這層‘降溫屏障’造成損害？這個問題長期被讓人們所忽視。”朱佳雷說。
而他所關注的正是這個問題。
抑制升溫，“種莊稼”不如“長大樹”
為獲得該問題的答案，研究團隊利用納入自主研發的復雜二次有機氣溶膠形成機制的地球系統模型，在全球尺度系統上，系統量化了工業革命以來耕地擴張對自然源二次有機氣溶含量及其輻射效應的影響。
“我們發現，目前人類的耕地擴張已經顯著改變了全球植被類型分布。”朱佳雷介紹，工業革命以來，全球的耕地面積增長了約2.7倍，其增長的面積主要來自森林和草地的轉化。這導致二次有機氣溶膠的關鍵性前體物排放減少約10%，全球的二次有機氣溶膠總量同步下降約10%。
為什么同樣是長滿植物的土地，“種莊稼”和“長大樹”對揮發性有機物的產生有如此大的差別？
朱佳雷解釋說，不同植物釋放揮發性有機物的強度相差巨大，這是由于揮發性有機物其實是植物在生理過程中的“副產品”，植物新陳代謝越旺盛，釋放的揮發性有機物就會越多。“一棵大樹的新陳代謝量是相同面積的小麥所難以比擬的。”
也正因此，不同植被類型的“耕地化”對二次有機氣溶膠減少的影響也有著很大差別——常綠闊葉林面積的減少占二次有機氣溶膠下降量的50%，相比之下，草地面積雖然減少得最多，但其影響卻十分微弱。
然而，這些變化匯集在一起，對大氣降溫作用的影響卻是巨大的。
研究團隊發現，工業革命以來的耕地擴張，已經使二次有機氣溶膠對大氣的凈降溫作用減少了11%，其凈增溫效應相當于同期二氧化碳增溫效應的8%。
更嚴峻的是，在氣候變暖與空氣污染減輕的未來情景下，相同耕地擴張的增溫效應將比當前增強約50%，這主要是因為氣候變暖后，森林的新陳代謝加劇將釋放更多揮發性有機物。同時，在人為氣溶膠減少的背景下，來自自然的氣溶膠將在云的形成過程中扮演更重要的角色。
“碳賬本”和“氣溶膠降溫賬”都應考慮
在朱佳雷看來，當前我們對于全球氣候變暖的研究，既要關注二氧化碳這類“增溫”氣體，同時也要關注二次有機氣溶這類能夠起到“降溫”作用的物質，將這兩者相結合，才能對氣候變化進行更精準的預測和評估。
“現階段，我們對二氧化碳的關注和研究已經比較成熟，其在氣候變化預測中的不確定性已經很小了。但對于氣溶膠類物質的降溫效應，我們的關注度和認識還很不足，這也是我們在進行科學研究以及相關政策制定時，需要十分注意的。”他說。
從這個角度看，傅平青團隊的這項研究具有很強的現實意義。
傅平青表示，“這項研究警示我們，在制定糧食安全與氣候政策時，必須同時考慮土地利用變化對‘碳賬本’和‘氣溶膠降溫賬’的雙重影響。”
在這方面，研究團隊建議，保護和恢復森林生態系統不僅能固碳，還能維持重要的自然降溫功能，使得植樹造林等“雙碳”戰略舉措產生超過預期的減緩氣候變暖效益，這一“非碳”效益在未來氣候變暖背景下將愈發珍貴。
“我們希望這些研究成果能夠為國家制定碳中和戰略和土地管理政策提供一定的科學依據，也能為全球氣候變化的預測和應對提供一條新思路。”傅平青說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-025-01718-z
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