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在希腊等国家,将建筑物涂成白色是一种具有数百年历史的避暑方法 SophiaPapageorge/像素湾, CC BY

从冰冷的苔原到翻滚的云层,白色在我们星球的调色板中反复出现。 这种颜色为来自太阳的光从地球表面反射回太空提供了一种自然的方式。 这种效应——被称为行星的 反照率 – 对全球平均温度有巨大影响。

想象一个完全被海洋覆盖的世界。 虽然这个想法可能会唤起一种清爽的凉爽感,但由于没有白色反射区域,实际上地球的平均表面温度会增加到接近 30°C间: 目前平均温度的两倍 15°C间.

我们星球的持续衰退 冰雪 覆盖范围以及人类驱动的气候变化的后果,也正在推动地表温度进一步升高。最坏情况情景模型预测——如果是二氧化碳?到 2050 年,排放量不会大幅减少——2100 年的平均气温可能会 1.5°C间 比现在更暖和,部分原因是地球的反射率降低。 我们世界的颜色在决定其未来方面起着关键作用。

希腊圣托里尼岛等岛屿上著名的白色建筑不仅仅是为了炫耀:数百年来,人类一直在使用白色反射热量最好的知识。 传统上,一种叫做 石膏含有硫酸钙(CaSO4)的材料被用来覆盖此类建筑物。一个新的 根据一项研究, 表明含有硫酸钡(BaSO?)的替代涂料可以更有效地将击中建筑物的太阳辐射反射回太空。

一座被漆成白色的教堂建筑 在希腊,墙壁和屋顶经常涂上石膏。 朱迪思查诺夫斯基/图片, CC BY

这种新型硫酸钡基涂料的有效性的关键在于它所含的纳米颗粒,能够以相对较高的效率和 0.008 毫米至 0.013 毫米的特定红外波长反射太阳能。 这些波长与高度透明的大气部分相匹配,称为“天窗“。


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这意味着更多反射的太阳能可以通过这个“窗口”直接反弹回太空,而不是被困在地球大气层中并导致全球变暖。 根据 研究作者,当太阳辐射照射在硫酸钡涂料上时,近 10% 的辐射会以这些波长反射。

将这种类型的涂料涂在气候温暖地区的建筑物上将有助于保持建筑物凉爽——这是一个巨大的挑战,尤其是在 城市地区,在夏季的几个月里,人口和建筑物的密度可能会将温度推高到无法忍受的高度。

该研究表明,与室外空气温度相比,使用硫酸钡涂料涂漆建筑物如何可以将建筑物内部的温度降低 4.5ºC。 这项技术有可能显着降低成本 冷却建筑物 通过减少对空调的依赖。

天窗下的白色屋顶 在美国,沃尔玛的白色屋顶有助于减少超市内的能源使用。 沃尔玛/ Flickr的, 创用CC BY-SA

然而,这种比白色更白的油漆有更黑暗的一面。 挖掘未加工的重晶石矿石以生产和加工占涂料近 60% 的亚硫酸钡所需的能源意味着它拥有巨大的 碳足迹. 广泛使用油漆将意味着急剧增加 在采矿 钡。

大自然的降温技巧

亚硫酸钡基涂料只是提高建筑物反射率的一种方法。 过去几年我一直在研究自然界中的白色,从白色的表面到白色的动物。 动物毛发、羽毛和蝴蝶翅膀提供了自然如何调节结构内温度的不同例子。 模仿这些自然技术可以帮助我们的城市保持凉爽,同时降低环境成本。

一个人的翅膀强烈 白甲虫 物种称为 鳞茎 由于 纳米结构 在它们的鳞片中,它们非常擅长散射入射光。 这种自然光散射特性可用于设计更好的涂料:例如,通过使用 再生塑料 创造含有类似纳米结构的白色涂料,碳足迹要低得多。 当谈到从大自然中汲取灵感时,天空才是极限。

关于作者

Andrew Parnell,谢菲尔德大学物理和天文学研究员
 

这篇文章最初出现在 谈话