根據發表在《科學進展》上的新研究，保存在冰中的幾個世紀的煙霧顆粒揭示了南半球過去的火災活動，並為全球氣候變化的未來影響提供了新的啟示。哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的前研究生和博士后研究員、該論文的第一作者劉鵬飛說：“到目前為止，過去火災活動的嚴重程度以及工業化前大氣中的煙霧量還沒有得到很好的描述。這些結果對於理解從1750年代到今天的氣候變化的演變，以及預測未來的氣候具有重要意義。”
在預測氣候變化的未來影響時，最大的不確定性之一是地表溫度將以多快的速度因溫室氣體的增加而上升。預測這些溫度是很複雜的，因為它涉及到計算大氣中相互競爭的升溫和降溫效應。溫室氣體捕獲熱量並使地球表面變暖，而大氣中來自火山、火災和其他燃燒的氣溶膠顆粒則通過阻擋陽光或播撒雲層來冷卻地球。了解地表溫度對這些影響的敏感程度以及它們如何相互作用，對於預測氣候變化的未來影響至關重要。
今天的許多氣候模型依靠過去的溫室氣體和氣溶膠的水平來驗證他們對未來的預測。但有一個問題：雖然工業化前的溫室氣體水平有據可查，但工業化前大氣中的煙霧氣溶膠數量卻沒有。
為了模擬工業化前南半球的煙霧，研究小組將目光投向了南極洲，那裡的冰層捕獲了澳大利亞、非洲和南美洲的火災所排放的煙霧顆粒。冰芯科學家和該研究的共同作者，來自內華達州沙漠研究所的 Joseph McConnell 和 Nathan Chellman冰芯中的煤煙，這是煙霧的重要組成部分，其沉積在來自整個大陸的14個冰芯陣列中，其中許多是由國際合作者提供的。
McConnell說：“沉積在冰川冰中的煙塵直接反映了過去的大氣濃度，因此，經過精心計算的冰芯提供了最可靠的長期記錄。”他們的發現是出乎意料的。
SEAS化學-氣候相互作用高級研究員、該論文的資深作者Loretta Mickley說：“雖然大多數研究都認為前工業時代發生的火災較少，但冰芯表明過去的火災更多，至少在南半球是這樣。”
為了說明這些煙霧的水平，研究人員進行了計算機模擬，將野火和原住民的燃燒做法都考慮在內。
“火災的計算機模擬顯示，在工業革命之前的一個世紀，南半球的大氣可能是非常多煙的。大氣中的煙塵濃度比以前的研究表明的要高四倍。”香港大學副教授、該研究的共同作者 Jed Kaplan說：“這大部分是由殖民前時期原住民廣泛和定期的燃燒造成的。”
這一結果與冰芯記錄相吻合，冰芯記錄也顯示在工業時代開始之前煙塵就很豐富，並且在20世紀一直保持相對穩定。該模型表明，隨着土地利用的變化，火災活動減少，來自工業的排放增加。
這一發現對未來地表溫度意味着什麼？通過低估工業化前世界的煙霧顆粒的冷卻效果，氣候模型可能已經高估了二氧化碳和其他溫室氣體的變暖效果，以解釋觀察到的地表溫度的上升。
劉鵬飛說：“氣候科學家已經知道最近一代的氣候模型已經高估了地表溫度對溫室氣體的敏感性，但是我們還不知道為什麼，或者說是多少。這項研究提供了一個可能的解釋。”