Дымовые аэрозоли от крупных лесных пожаров являются идеальной поверхностью для гетерогенной реакции хлорных воздушных компонентов, ускоряя их превращение из озонобезопасных форм в реактивные.
С середины ХХ века человечество выбрасывало в атмосферу хлорфторуглероды (ХФУ). К 1980-ым годам ХФУ разрушили озоновый щит планеты, поставив под угрозу безопасность и здоровье людей на Земле. Ограничения и запреты по всему миру начали исправлять ущерб, но новые исследования показали, что всё более сильные лесные пожары могут тормозить этот прогресс.
Жидкие капли, содержащие дым от лесных пожаров, действуют как крошечные реакционные камеры для хлора в стратосфере, производя реактивные формы элемента, разлагающие озон в средних широтах, сообщают исследователи в журнале Nature.
Этот химический механизм «никогда раньше не наблюдался», — сказал соавтор исследования учёный-атмосферщик Кейн Стоун (Kane Stone) из Массачусетского технологического института. «Это совершенно новая химия, которую мы рассматриваем».
Ожидается, что крупные лесные пожары будут происходить чаще по мере того, как планета нагревается, поэтому новое открытие вызвало опасения, что усиливающиеся пожары могут затормозить восстановление стратосферного озонового слоя, защищающего поверхность Земли и её жителей от вредного ультрафиолетового излучения.

Запрещённые химические вещества

ХФУ, когда-то широко использовавшиеся в аэрозольных распылителях и хладагентах, представляют собой простые химические вещества, содержащие углерод, хлор и фтор. Когда эти химические вещества поднимаются в стратосферу, ультрафиолетовое излучение разрушает их, высвобождая хлор. Попадая в атмосферу, один атом хлора может разрушить более 100 000 молекул озона.
Атомы хлора перестают разрушать озон, как только они попадают в молекулу соляной кислоты или нитрита хлора. Эти два химических вещества обычно не реагируют с озоном. Но аэрозольные частицы облегчают химические реакции, которые превращают эти безопасные для озона формы хлора в более реактивные соединения. Они делают это, захватывая соляную кислоту и нитрат хлора из воздуха и помещая их рядом с другими химическими веществами, что ускоряет реакции. Это преобразование является проблемой в основном в стратосферных облаках над полюсами, которые полны жидких и ледяных аэрозолей, вносящих при столкновении с соляной кислотой и нитратом хлора существенный вклад в разрушение озона. Другие аэрозоли, такие как вулканический пепел, также могут вызывать проблемы.
По словам Стоуна, после катастрофического сезона лесных пожаров 2020 года в Австралии были наблюдения за действительно необычными химическими процессами, происходящими в стратосфере, включая рекордно низкие уровни содержания соляной кислоты и падение концентрации озона над южными средними широтами.
Стоун и его коллеги думали, что необычные наблюдения могут объясняться дымовыми аэрозолями лесных пожаров. В средних широтах обычно слишком тепло, чтобы соляная кислота и нитрат хлора могли попасть в воду или ледяные аэрозоли, поэтому они обычно не реагируют с образованием химических веществ, разрушающих озоновый слой. Но дым лесных пожаров полон аэрозольных жидкостей на основе углерода, таких как спирты и органические кислоты, способные поглощать соляную кислоту легче, чем вода, при более высоких температурах. Обеспечивая реакционную поверхность для химических веществ хлора, дым от лесных пожаров может способствовать разрушению озона.
Чтобы выяснить, способствуют ли эти органические вещества разрушению озонового слоя, учёные раскопали старые лабораторные измерения растворимости соляной кислоты в различных жидкостях на основе углерода, сделанные в основном в 1950-х и 1960-х годах. Они включили эти данные в компьютерное моделирование химического состава атмосферы после австралийских пожаров 2020 года и сравнили результаты с реальными измерениями. Учёт большей растворимости соляной кислоты в органических жидкостях в их моделировании дал «результаты, которые выглядят очень, очень близкими к тому, что мы наблюдали», — сказал Стоун.
Это открытие показало, что дым от австралийских пожаров истощил около 3–5% озонового слоя над южными средними широтами.
Только в течение последних 5-7 лет исследователи начали осознавать, что сильные шлейфы дыма от лесных пожаров вообще могут достигать стратосферы, сказал специалист по лидарам Альберт Ансманн (Albert Ansmann) из Института тропосферных исследований им. Лейбница в Германии, не участвовавший в новом исследовании.
Когда дело дошло до разрушения озонового слоя, «никто на самом деле не думал о лесных пожарах и дыме», — сказал он.

Застопоренное восстановление?

ХФУ постепенно исчезают с тех пор, как Организация Объединенных Наций единогласно приняла решение ограничить их использование после принятия Монреальского протокола в 1987 году. Озоновый слой должен вернуться к своему состоянию до 1980-х годов к середине 2060-х годов в Антарктиде, к 2045 году в Арктике, а к 2040 году где-либо ещё.
Но изменение климата может осложнить это восстановление, говорят Стоун и Ансманн. Ожидается, что во многих пожароопасных регионах, таких как бореальные леса, изменение климата приведёт к увеличению частоты и силы пожаров.
По словам Ансманна, пожары истощают озоновый слой не только в тех регионах, где они происходят, — дым от отдалённых пожаров может нанести ещё больший ущерб на полюсах, чем в средних широтах. Он и его коллеги связали крупные лесные пожары (и их взаимодействие с полярными стратосферными облаками) с истощением озонового слоя над Антарктидой на 10–30%.
Учёные всё ещё изучают, как ведёт себя дым в стратосфере и как он взаимодействует с озоном. По словам Стоуна, в будущем будет важно проверить, как восстановление озонового слоя будет реагировать на усиление лесных пожаров из-за изменения климата. Он добавил, что обновление старых исследований того, насколько хорошо хлорные соединения растворяются в органических жидкостях, также будет важно.
Возможно, неочевидная связь между лесными пожарами и истощением озонового слоя осложняет оценку того, что принесёт будущее, поскольку изменения климата «колеблются в сети множества обратных связей, управляющих миром природы».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/wildfire-smoke-destroys-ozone