涨姿势:加州野火的烟雾,是如何将天空染成红色的?
目前,加州前所未有的, 致命的, 毁灭性的森林大火所产生的浓烟,使这个黄金之州的天空看起来像是火星人。
(北加州大火产生的烟雾,让旧金山看起来就像电影《银翼杀手2049》中的场景。/LATIMES)
这种不健康的氛围足以让加州居民屏住呼吸,甚至尖叫!就像挪威艺术家爱德华·蒙克(Edvard Munch) 1893年的标志性画作中痛苦的人物一样。
加州的红色天空和蒙克的画作《呐喊》中血红的落日可能有一些共同之处。
(爱德华·蒙克(Edvard Munch)的《尖叫》(The Scream), 1893年。LATIMES)
有一种理论认为,蒙克在创作这幅著名画作时,感觉到一种“穿越大自然的无限呐喊”,画中血红的天空是受到1883年8月印尼喀拉喀托火山喷发的启发。
当时桑达海峡(Sunda Strait)的大规模喷发向大气中喷射了大量粒子,导致全球几个月来日落时呈现出壮观的色彩。
夏威夷大学的火山学家斯科特·罗兰(Scott Rowland)在NASA科学网站上说,“空气中的火山灰颗粒,造成了如此鲜艳的红色日落。以至于纽约、波基普西和纽黑文都出动了消防车来扑灭这场明显的大火。”
(加州湾区,一名戴口罩的男子坐在烟雾弥漫的红色天空下远眺。/marinij)
就像火山喷发产生的散射光线的微粒一样,加州的大火产生的烟雾微粒也使天空变成了红色。这是怎么发生的呢?
整个电磁波谱中,只有一小部分是肉眼可见的。在可见光谱中有七种颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
当阳光进入大气层时,大部分的紫色和靛蓝色光波会在很高的高度散射开来,因此不容易被看到。
其次是蓝光,它的波长较短,因此能被氮气和氧气分子等小物体有效地散射。
当太阳光线照射到这些粒子时,它们就会四处反弹,使白天的天空呈现出蓝色。这被称为瑞利散射(Rayleigh scattering)(瑞利散射由英国物理学家約翰·斯特拉特,第三代瑞利男爵(John Strutt, 3rd Baron Rayleigh)的名字命名。)是地球大气中光散射的主要类型。
(瑞利散射在日落之後更加明顯。這張照片是在日落後,大約一小時在500米海拔高度拍攝,方向对着著在地平線上的太陽。)
但是,堵塞住加州和西部上空空气的烟雾颗粒,要比氮气和氧气颗粒大得多。构成云和火山喷发微粒的水滴也是如此。
但它们和光波的大小相似。它们散射红光——可见光谱中波长最长的那部分。这被称为米氏散射。(米氏散射(Mie scattering),是一种光学现象,属于散射的一种情况。米氏散射理论是由德国物理学家古斯塔夫·米于1908年提出的)。
如果粒子浓度足够高,米氏散射将压倒瑞利散射,导致白天天空呈现红色,而不是典型的蓝色。
除了散射之外,烟雾颗粒还吸收光线,从而使天空变暗。
西海岸野火产生的烟雾已经在全球的大气中被探测到,就像1883年火山爆发后在欧洲和北美的天空中看到的喀拉喀托(Krakatoa)火山微粒一样。
(2018年在印尼喀拉喀托火山喷发图/straitstimes)
据报道,本周加州大火产生的烟雾被急流带到东海岸,那里的天气预报称,烟雾将使气温降低几度。欧洲北部也有来自美国火灾的烟雾。
1815年4月,坦博拉火山(Mt. Tambora, )发生了一场比喀拉喀托火山喷发更大的灾难,同样位于今天的印度尼西亚(Indonesia)。
比如,19世纪早期的艺术家,如J.M.W.特纳(J.M.W. Turner),就在色彩斑斓的天空中描绘了它的余波。那次火山爆发的规模是圣海伦斯火山(Mt. St. Helens)的100倍,被认为是有记录以来最强大的一次火山爆发。
(J. M. W. Turner 关于坦博拉火山喷发的画作/artistsnetwork)
那次火山爆发和喀拉喀托火山一样,产生了一团物质环绕着地球,但这次它挡住了阳光,导致了三年的行星冷却,包括1816年的“无夏之年”。
火山爆发导致了反常的不合时宜的寒冷天气、农作物歉收和全球流行病。
本周,加州可能会持续出现不健康的烟雾状况,因此专家建议呆在室内,使用空调或其他空气过滤设备。避免剧烈的户外活动,留意空气质素的变化。
一般来说,如果你闻到烟味或空气看起来像烟味,空气质量可能不好。你可以在AirNow.gov上查看当地的空气质量。