宾夕法尼亚大学
一些科学家已经提出了解决气候变化的行星尺度的解决方案，例如地球工程利用硫化合物在高层大气中创造一个遮阳棚
新的研究表明，在继续之前，还有很多化学知识需要了解
学分:旧金山实验室 这是一个很有诱惑力的想法:在气候变化如此难以控制，各国又不愿意采取果断行动的情况下，如果我们能通过建立一种化学保护伞——在高层大气中形成一层硫酸，可以反射太阳辐射，让地球变冷——来减轻气候变化的影响，会怎么样？ 根据《美国化学学会杂志》(Journal of American Chemical Society)上的一项新研究，这是宾夕法尼亚大学的科学家和西班牙的两个研究小组合作的结果，平流层的大气条件对产生硫酸构成了挑战，使得硫酸的生产效率低于之前的预期
因此，研究人员说，为了坚定地推进这一气候地球工程战略，需要更多的基础工作来探索硫酸及其组成部分在高层大气中的化学反应
约瑟夫说:“这些基本的见解突出了理解地球工程中光化学的重要性。”
弗朗西斯科是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院的大气化学家，也是这项研究的合著者
“这一点至关重要，但却被忽视了
" 使用硫酸来减弱太阳光线作为抑制气候变化影响的手段是基于一种自然现象:当火山爆发时，它们释放的硫会产生局部的——有时甚至是深远的——冷却云来过滤太阳
但是这些云出现在对流层，范围从地球表面到大约10公里以上
使用硫酸的地球工程将在地球上方10到20公里的平流层中发生
随着海拔的升高，情况会发生变化
值得注意的是，空气变得更干燥，太阳光线的能量变得更强
在这项新工作中，弗朗西斯科、他的博士后塔里克·特拉贝尔西和来自西班牙罗卡索拉诺物理化学研究所和瓦连西亚大学的同事合作，探索这些变量如何影响制造硫酸的化学反应
主要输入是二氧化硫(SO2)，它与一种大气“清洁剂”羟基自由基(OH)反应，产生HOSO2
HOSO2与氧气反应生成三氧化硫(SO3)，然后与水蒸气反应生成硫酸
硫酸形成的气溶胶具有反射阳光的能力
这些反应有很好的特征；它们共同造成了对流层中的酸雨
但是这种化学物质是否能在平流层发挥作用并达到同样的效率还不得而知
为了找到答案，该团队使用量子化学——一种考虑原子和分子的基态、跃迁和激发态的方法——来考虑HOSO2和SO3在高光和低湿度的平流层条件下的行为
尽管地球工程方法将这两种分子反射阳光的能力考虑在内，但研究人员发现，当HOSO2在平流层产生时，太阳辐射会导致这种分子迅速光解，基本上分裂成其组成部分，包括二氧化硫，高浓度的二氧化硫对人类有害
佩恩领导的研究小组指出，HOSO2会在平流层光解或分解，可能会降低在这些高度生产硫酸的效率
学分:旧金山实验室 “这一发现的一个含义是，如果你把二氧化硫放在那里，它只会被回收利用，”弗朗西斯科说
“因此，这为我们是否充分了解平流层中的大气硫化学打开了大门
" 研究人员指出，HOSO2的减少也会降低硫酸的生产效率，可能会降低化学遮阳棚的效果
相比之下，研究人员发现，在平流层条件下，SO3水平保持相当稳定
“我们知道它会和水发生反应，但是我们不知道它会有什么反应，”弗朗西斯科说
“大气会找到摆脱SO3的方法，还是会在某个地方聚集，并在其他地方开始新的化学反应？” 事实上，研究人员指出，了解这些分子在平流层中可能进入的其他反应至关重要
“这项工作指出了一个警示:如果SO3化学不同，那么它如何与目前正在平流层中进行的其他化学相互作用，”他说
“我们需要考虑是否有任何化学问题需要我们提前考虑
" 研究结果还强调，如果大气化学没有像预期的那样发挥作用，就需要制定B计划
“这提出了一个根本性的重要问题，”弗朗西斯科说
“如果我们把二氧化硫放进去，我们能把它从平流层弄出来吗？” Francisco的小组正致力于继续应用尖端的量子方法来研究光化学如何与大气模型相互作用，从而对各种地球工程场景产生更完整的理解
“这是你第一次从基础物理和化学中获取结果，并将它们绘制成气候模型，以观察三维大气影响，”弗朗西斯科说
虽然一些科学家已经提议尝试使用二氧化硫的地球工程方法，但弗朗西斯科和他的同事强调，结果取决于硫化学的某些方面，这些方面仍然未知
弗朗西斯科说:“在我们开始了解这种方法的全部化学影响之前，这首先需要让社区意识到我们需要更多的基础化学。”
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