这个实验的不同粒子类型如何产生大气反射率?

Question

麻省理工科技评论江南登录网址app下载新闻哈佛科学家正在推进大气地球工程实验计划讨论了一项拟议的实验，以仔细控制的方式研究释放到平流层的各种粒子引起的反射率。正在探索的潜在想法是，大气反射率的增加可以部分抵消温室气体造成的变暖效应。

明年的某个时候，哈佛教授David Keith和Frank Keutsch希望在亚利桑那州图森的一个地点发射一个高空气球，拴在一个装有螺旋桨和传感器的贡多拉上。在最初的工程测试之后，"平流层巡洋舰"将会喷出一层材料的细雾，比如二氧化硫，氧化铝或碳酸钙进入平流层。然后，传感器将测量颗粒的反射率，它们分散或合并的程度，以及它们与大气中其他化合物相互作用的方式。

研究人员首次提出这些气球实验2014年的论文．但在周五于华盛顿特区举行的地球工程会议上，基思表示，他们已经开始与亚利桑那州测试气球公司World View Enterprises进行工程设计工作。他们还开始讨论这种实验的适当治理结构，并计划成立一个独立机构来审查他们的建议。

本文旨在探索如何最好地进行小型受控测试，以及如何建立适当的指导方针。这种类型的大气实验与长期建立的实践有很大的不同云种散播为了下雨，所以采取了这种深思熟虑的方法。

背景概念和相关问题的简短回顾可以在本文所示的视频在第一分钟左右之后，情况会变得更加严重。

氧化铝(Al2O3)和碳酸钙(CaCO3)可能在这样的实验中以固体颗粒的形式存在，并且颗粒尺寸可以提前设计成各种受控的尺寸分布，而二氧化硫(SO2)在STP中是一种气体。在一个大气压下，它会变成液体温度在零下10摄氏度左右．计划是在高空低环境温度下喷雾或雾化液态二氧化硫?

如果我理解正确的话，SO2的机制应该是“化学清除”空气中的水蒸气，形成硫酸的反射液滴。氧化铝和碳酸钙也会形成水滴作为它们的反射机制，还是只有颗粒本身是反射的?

Answer 1

前言:粒子和液滴

通常，大气粒子可以被认为是湿粒子。例如，当我们谈论硫酸盐颗粒($SO_4^{2-}$)时，这些颗粒实际上是含有溶解的硫酸(或含有溶解的硫酸盐阳离子化合物)的液滴。

涉及$SO_2$的机制

$SO_2$作为气体释放，与$SO_4^{2-}$(硫酸盐)反应。$SO_2$生成硫酸盐的主要反应途径有:

• 美元SO_ {2 g}——(气态反应)——>美元H_2SO_ {4 g} $ (H_2O积累美元)——>“硫酸盐粒子”
• 美元SO_ {2, (g)}(进入解决方案)——>美元SO_}{2,解决方案——(形成)——> H_2SO_美元{4、解决方案}$ (deprotonizes直接)

通常，第二种途径占主导地位。相关方面是它导致了超细硫酸盐颗粒(硫酸盐液滴)的形成。

硫酸盐颗粒是云凝结核。这意味着它们支持云的形成。有卫星图片，你可以通过云线来识别航线。这些云的形成是因为船只排放了大量的二氧化硫(至少在海洋之外)硫排放控制区）.

海洋上空的大多数云比海面反射更多的太阳辐射。一般来说，海洋上方的云被认为是“好云”，就冷却地球而言。由于地球的很大一部分被海洋表面覆盖，人们可能会想在它上面产生云——例如通过释放$SO_2$。然而，据我所知，这一过程与对流层有关。

向平流层释放$SO_2$(如链接文章所建议的)并不意味着支持云的形成(如果我错了，请纠正我)。然而，释放的$SO_2$导致超细硫酸盐颗粒。这些硫酸盐颗粒本身就能有效地散射太阳辐射，从而阻止太阳辐射到达地球表面。维基百科上也有一篇文章在这里．

不幸的是，硫酸盐会间接破坏臭氧层:硫酸盐会导致自由基的释放，自由基(及其后续分子)催化破坏臭氧。看到Keith et al. (2016)以获得更详细的概述。

为什么CaCO_3美元?

基本的想法是，当我们释放SO_2时，加入碱金属盐来中和硫酸和硝酸(在硫酸存在的情况下产生)。这将减少对臭氧层的负面影响。$CaCO_3$就是这样一种盐(Keith et al.， 2016)．

为什么Al_2O_3美元?

前言:我不是这方面的专家，只是读了一些这方面的文章。

根据Weisenstein等人(2015)在美国，细铝颗粒(以及钻石)是硫酸盐颗粒的替代品。对他们来说，铝是有利的。然而，正如对导弹和太空飞船排放的研究表明，$Al_2O_3$对臭氧层也有负面影响(SomeReport；国防部,2004): $Cl$自由基被释放出来，会破坏臭氧。$CaCO_3也在这里抵消。