一項(xiàng)最新研究顯示，大氣中的氫氣含量在過去150年增加幅度超過70%。

該研究于北京時(shí)間8月24日發(fā)布在國際知名學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院報(bào)》上，論文標(biāo)題為《H2 in Antarctic firn air: Atmospheric reconstructions and implications for anthropogenic emissions》（南極冰蓋中的氫氣：大氣重建及人為排放的影響），通訊作者為加州大學(xué)博士John D. Patterson。

為什么要了解氫氣含量的歷史變化？Patterson對(duì)澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者介紹道，“我們認(rèn)為對(duì)大氣氫氣的重建類似于著名的二氧化碳“基林曲線”（反映大氣二氧化碳含量變化的曲線）。自20世紀(jì)50年代以來，人們持續(xù)監(jiān)測(cè)大氣中二氧化碳含量，記錄化石燃料燃燒如何增加了二氧化碳水平。但是，對(duì)氫氣沒有類似的記錄?！?/p>

“冰蓋的大氣重建展示了上個(gè)世紀(jì)人類如何擾亂大氣中的氫氣循環(huán)。隨著氫氣成為一種常見能源，預(yù)計(jì)人為排放氫氣會(huì)急劇增加。了解人類如何擾亂氫氣的生物地球化學(xué)循環(huán)，是了解未來排放增加的后果的重要一步?！保ㄉ锏厍蚧瘜W(xué)循環(huán)：各元素沿著特定的路線從環(huán)境進(jìn)入生物體，又回到環(huán)境中）

因此，重建過去大氣層的氫氣水平有助于通過建立基準(zhǔn)，量化自工業(yè)革命以來的人為排放對(duì)全球氫氣的影響程度。

氫氣在大氣中壽命為2年，它會(huì)影響溫室氣體壽命以及對(duì)流層的臭氧水平。比如，它會(huì)增加甲烷在大氣中的壽命。對(duì)流層的氫氣和羥基（OH）反應(yīng)會(huì)增加臭氧；平流層氫氣和羥基的反應(yīng)會(huì)增加水蒸氣和超氧化氫，超氧化氫又會(huì)破壞平流層的臭氧，臭氧的損失和極地平流層云分布的改變產(chǎn)生間接輻射效應(yīng)，水蒸氣也會(huì)通過增加紅外吸收產(chǎn)生直接輻射效應(yīng)。

目前，大氣中的氫氣豐度平均為 530 ppb（即，十億分之530）。實(shí)際上，大氣中的氫氣“收支”由自然和人為因素共同決定。

全球范圍內(nèi)，氫氣的最大來源是甲醛的光解，由甲烷和非甲烷總烴(NMHC，是除甲烷以外所有碳?xì)浠衔锏目偡Q) 在大氣中氧化形成。其他主要來源為化石燃料燃燒和生物質(zhì)燃燒（如秸稈、鋸末等）的直接排放。此外，陸地和海洋中的氮?dú)夤潭ㄒ彩菤錃庖粋€(gè)小來源。

從消耗來看，大氣中的氫氣主要被土壤微生物吸收，其余被羥基氧化。由于南半球陸地較少，其氫氣水平比北半球高約 3%。

此項(xiàng)研究中，研究人員分析了南極冰層中的空氣，檢查了大氣中的氫氣濃度，重建了過去150年的大氣氫氣水平。

研究人員在南極洲中部的Megadunes（80.78°S，124.49°E，海拔2,283m）鉆取了一個(gè)70 m深的冰芯，以收集冰蓋空氣樣本。研究人員對(duì)Megadunes冰芯空氣進(jìn)行測(cè)量和建模，重建了1852年至2003年南半球大氣的氫氣水平。

大氣中氫氣的重建以及Megadunes冰蓋空氣深度剖面

“這項(xiàng)研究中，我們需要克服兩個(gè)主要障礙：第一，氫分子很小，它能以很快的速度通過冰晶擴(kuò)散（與大多數(shù)其他氣體不同）。這對(duì)氫氣通過冰柱的運(yùn)動(dòng)模擬提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。第二，氫氣測(cè)量的校準(zhǔn)很困難，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)容易發(fā)生漂移（the standards tend to drift）。這項(xiàng)工作所依賴的測(cè)量是在漂移被很好地量化之前進(jìn)行的。校正測(cè)量的校準(zhǔn)漂移是我們工作中一個(gè)重要且具有挑戰(zhàn)性的部分。”Patterson表示。

論文指出，Megadunes 的大氣重建驗(yàn)證了南極冰蓋的空氣記錄，提供了對(duì)氫氣歷史和冰蓋中高滲透性氣體傳輸建模的信心。

分析表明，大氣中的氫含量在19世紀(jì)中后期保持不變，約為330 ppb，到2003年穩(wěn)步上升了約70%，至550 ppb。大氣氫氣的增加幅度與甲烷氧化導(dǎo)致增加和人為排放增加來一致。

汽車尾氣被認(rèn)為是人為排放氫氣的主要來源（估計(jì)汽車尾氣占人為排放氫氣的80%以上）。20世紀(jì)70年代后，由于空氣污染管制更加嚴(yán)格、汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器的使用增加等，汽車排放量減少，大氣中的一氧化碳水平下降。然而，20 世紀(jì)末，大氣的氫氣水平繼續(xù)上升。對(duì)此，論文指出，非汽車的人為氫氣排放很可能被低估了，而且需要額外的氫氣來源來解釋這種上升趨勢(shì)。

20 世紀(jì)全球氫氣來源和大氣歷史

值得注意的是，閃爍瓶空氣測(cè)量顯示整個(gè) 20 世紀(jì)后期南半球的大氣氫氣單調(diào)上升，而北半球的氫氣水平平穩(wěn)——這種差異有點(diǎn)令人驚訝。

“正如論文所提的，氫氣的人為排放集中在北半球，因此對(duì)北半球氫氣的可靠記錄將有助于更好地了解人為排放的變化。然而，現(xiàn)有冰蓋空氣記錄與大氣測(cè)量結(jié)果相矛盾?！?Megadunes表示，“下一步，我們將使用來自格陵蘭多個(gè)地點(diǎn)的冰蓋空氣測(cè)量值來重建北半球氫氣水平，以解決這種差異?！?/p>