长期以来,科学家们注意到了沙尘暴和尘暴中快速变化的电场,恶劣的旋风掠过了许多沙漠地区。有些人甚至不知道这些电场是如何改变风暴大小的,而且也没有人进行过任何测量。目前,在西撒哈拉的首个现场测试表明,当被风吹起的沙粒揉在一起时会产生电场;而且与以往相比较,高空中的沙尘会比单独的风带来更多更大、更持久的风暴。
来自密歇根大学(University of Michigan)的大气学家Nilton Renno说道:“我很高兴新的结果印证了我们以前设想的理论。”没有参与这个项目的Ann Arbor说:“其实我没想到会从数据分析中看到如此明显的影响。”
当风吹过一个沙尘飞扬的地面的时候,往往最轻的颗粒并不是最先被吹走的。这是因为大部分微小的灰尘要么是黏在大的颗粒物上,要么是夹在它们中间。但是,当沙粒开始在地面上反弹时,它们会带起其他颗粒物并且会抖散那些紧贴地面的空气中的灰尘。所有颗粒物的弹跳、推撞也会产生静电,就像你拖着脚在地毯上走时产生的现象一样。
当发生这种情况时,较小的灰尘颗粒通常会因为从较大的砂粒得到电子而使自己本身带有负电荷。尘粒也因此会更容易地被吹入到更高的空气中,而带正电荷的砂粒一般会离地面更近。这种电荷分离产生的电场可以使一直黏在砂粒中的灰尘通电,进而更多地进入空气中。
来自意大利那不勒斯国家天体物理研究所(National Institute for Astrophysics)的行星学家Francesca Esposito表示,虽然以往的研究表明,只有在沙尘暴的早期阶段电场才会有这样的影响,但是还没有人在这方面进行实地测量来支持这一想法。于是,她和她的同事决定开始进行测量。他们选择在摩洛哥东南部一个广阔、平坦的地方建立了气象站,可以方便长期测量风速、温度、湿度、气压、以及日照强度。还有另外的传感器来探测地面2米以上的电场。他们收集了2013和2014年间撒哈拉沙漠中沙尘暴高峰期间的数据。
这些仪器记录了长期以来多次沙尘暴和尘暴。并且每次事件发生时,电场经常能在短短几秒钟增强许多,从而印证了砂粒的移动会产生静电。但数据也显示出了另一种趋势:地球物理研究快报的在线报告表明,当风速超过一定的速度时,比预期超出10倍的灰尘量会从地面扬起。Esposito说,从每次迅速升起的速度可以看出,粉尘的排放量和电场两者相辅相成。
2008年,Renno与合作者共同撰写了一篇关于防尘环路的论文,他说他在加利福尼亚州的欧文斯湖(Owens Lake)实地研究时看到了类似现象。在一些情况下,电场的方向会与Esposito和她同事们测量的有所不同。Renno说,可能是因为两个地点中的沙尘里矿物组成的不同。
这些发现对于气候学家来讲可能是福音。大气粉尘对气候会产生巨大的影响,吸收阳光并且使一定高度的大气变暖,同时是低层空气冷却。一些气候模型存在很大不确定性,主要因为它们对大气中尘埃颗粒的大小和的数目的估计范围太广。而许多这些模型中对于尘埃颗粒大小和数目的估算都基于天气条件,但它们却没有涵盖电场的影响。Esposito认为,减少模型中的不确定性的会对长期的气候评估有益。
翻译:孙逢玥
审校:颜磊