微塑料影响云层的形成，可能影响天气和气候

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科学家们在地球上一些最原始的环境中发现了微塑料，即小于 5 毫米的微小塑料碎片，从马里亚纳海沟深处到珠穆朗玛峰的积雪，再到中国和日本山顶的云层。在人类大脑、海龟腹部和植物根部都检测到了微塑料。
现在，由宾夕法尼亚州立大学科学家领导的一项新研究表明，大气中的微塑料可能会影响天气和气候。
该项研究于今日（11 月 7 日）发表在《ACS ES&T Air》杂志上，表明微塑料可作为冰核粒子，是一种微观气溶胶，有助于云层中冰晶的形成。
宾夕法尼亚州立大学化学教授、论文资深作者米里亚姆·弗里德曼解释说，这意味着微塑料可能会影响大气冰晶形成云的方式，从而影响降水模式、天气预报、气候模型甚至航空安全。
“在过去二十年对微塑料的研究中，科学家们发现它们无处不在，所以这是谜团的另一个部分，”弗里德曼说。“现在很明显，我们需要更好地了解它们如何与我们的气候系统相互作用，因为我们已经能够证明云的形成过程可能是由微塑料引发的。”
图片来源：宾夕法尼亚州立大学
在实验室的受控环境中，研究人员研究了四种不同类型的微塑料的冷冻活性：低密度聚乙烯 (LDPE)、聚丙烯 (PP)、聚氯乙烯 (PVC) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)。该团队将这四种塑料悬浮在小水滴中，并缓慢冷却水滴，以观察微塑料如何影响冰的形成。
他们发现，液滴冻结的平均温度比不含微塑料的液滴高 5-10 度。宾夕法尼亚州立大学研究生、论文第一作者 Heidi Busse 解释说，通常情况下，没有任何缺陷的大气水滴会在 -38°C 左右冻结。
水滴中的任何缺陷，无论是灰尘、细菌还是微塑料，都可能使冰形成或成核。这种微小的结构足以触发水滴在较高温度下结冰。
“就我们研究的微塑料而言，在 -22°C 的温度下，50% 的液滴会被冻结，”Busse 说道。“事实证明，如果你引入某种不溶性物质，就会在液滴中引入缺陷，而这种缺陷可以在温度较高时形成冰核。”
弗里德曼解释说，这一发现对天气和气候意味着什么尚不完全清楚，但它表明微塑料可能已经产生了影响。她补充说，混合相云，如蓬松的积云、毯状层云和黑暗、不祥的雨云，都含有液态和冰冻水的混合物。这些云可能遍布整个大气层，包括雷暴期间可能形成的经典“铁砧”状云。
“当气流模式使得液滴被抬升到大气中并冷却时，微塑料就会影响天气模式并在云层中形成冰，”弗里德曼说，他同时还隶属于宾夕法尼亚州立大学气象学和大气科学系。
“在污染环境中，存在更多气溶胶颗粒（如微塑料），可用的水会分散到更多气溶胶颗粒中，在每个颗粒周围形成更小的水滴。水滴越多，降雨量就越少，但由于水滴只有变得足够大才会下雨，因此在水滴变得足够大而无法下落之前，云中会收集更多的水，因此，雨水来临时就会更大。”
弗里德曼解释说，一般来说，云层通过反射太阳辐射来冷却地球，但某些高度的某些云层可以通过帮助捕获地球发射的能量而产生变暖效应。液态水与冰的量对于确定云层在多大程度上产生变暖或冷却效应非常重要。弗里德曼说，如果微塑料影响混合相云的形成，它们也可能影响气候，但很难模拟它们的整体影响。
“我们知道微塑料可以形成冰核，这会产生深远的影响，只是我们还不太确定这些影响是什么，”布斯说。“我们可以从许多不同的层面来思考这个问题，不仅仅是从更强大的风暴的角度，还可以从光散射的变化的角度来思考，这可能会对我们的气候产生更大的影响。”
研究人员还发现，环境老化，即气溶胶颗粒随时间经历的自然光化学过程，可以显著改变颗粒与大气中气体和蒸汽的相互作用。该团队通过将微塑料暴露在光、臭氧和酸中来模拟环境老化，看看这是否会改变它们结冰的能力。
他们发现，所有测试的塑料都能结冰，但老化通常会降低 LDPE、PP 和 PET 的结冰能力。相反，老化会增加 PVC 的结冰能力，因为老化会导致其表面发生轻微变化。
接下来，研究小组将研究塑料中常添加的各种添加剂，如增塑剂，以更好地了解常用塑料如何影响地球大气。
布斯说：“我们知道，我们每天使用的这些塑料制品的整个生命周期可能会改变地球云层的物理和光学特性，从而在某种程度上改变气候，但我们对它们到底做了什么还有很多需要了解。”