Дым лесных пожаров разрушает озон

В середине 20 века человечество выбросило в атмосферу хлорфторуглероды (ХФУ). К 1980-м годам ХФУ разрушили озоновый щит планеты, поставив под угрозу безопасность и здоровье на Земле. Ограничения и запреты по всему миру начали компенсировать ущерб, но новые результаты показывают, что все более сильные лесные пожары могут затормозить прогресс.

«Мы рассматриваем совершенно новую химию».

Капли жидкости, содержащие дым лесных пожаров, действуют как крошечные реакционные камеры для хлора в стратосфере, производя реактивные формы элемента, которые разрушают озон в средних широтах, сообщили исследователи в журнале Nature.

Этот химический механизм «никогда раньше не наблюдался», сказал соавтор исследования и ученый-атмосферник Кейн Стоун из Массачусетского технологического института. «Мы рассматриваем совершенно новую химию».

Ожидается, что крупные лесные пожары будут происходить чаще по мере нагревания планеты, поэтому новое открытие вызвало опасения, что усиление пожаров может остановить восстановление стратосферного озонового слоя, который защищает поверхность Земли и ее жителей от вредного ультрафиолетового (УФ) излучения.

Каждую пятницу получайте самые увлекательные научные новости недели на свой почтовый ящик.

ХФУ, которые когда-то широко использовались в аэрозольных распылителях и хладагентах, представляют собой простые химические вещества, содержащие углерод, хлор и фтор. Когда эти химические вещества поднимаются в стратосферу, ультрафиолетовый свет разрушает их, выделяя хлор. Попав в атмосферу, один атом хлора может разрушить более 100 000 молекул озона.

Атомы хлора перестают разрушать озон, как только попадают в молекулу соляной кислоты или нитрита хлора. Эти два химиката обычно не вступают в реакцию с озоном. Но частицы аэрозоля способствуют химическим реакциям, которые превращают эти озонобезопасные формы хлора в более реакционноспособные соединения. Они делают это, захватывая соляную кислоту и нитрат хлора из воздуха и помещая их рядом с другими химическими веществами, что ускоряет реакции. Эта трансформация представляет собой проблему, главным образом, в стратосферных облаках над полюсами, которые полны жидких и ледяных аэрозолей, которые при контакте с соляной кислотой и нитратом хлора вносят существенный вклад в деградацию озона. Другие аэрозоли, например вулканический пепел, также могут вызывать проблемы.

После катастрофического сезона лесных пожаров 2020 года в Австралии «были зафиксированы действительно необычные химические процессы, происходящие в стратосфере», — сказал Стоун, в том числе рекордно низкие уровни соляной кислоты и падение уровня озона над южными средними широтами.

Стоун и его коллеги полагали, что необычные наблюдения могут быть объяснены аэрозолями дыма лесных пожаров. В средних широтах обычно слишком тепло, чтобы соляная кислота и нитрат хлора могли оседать на воде или ледяных аэрозолях, поэтому они обычно не реагируют с образованием химикатов, разрушающих озон. Но дым лесных пожаров полон аэрозольных жидкостей на основе углерода, таких как спирты и органические кислоты, которые при более высоких температурах могут поглощать соляную кислоту легче, чем вода. Обеспечивая поверхность реакции для химикатов хлора, дым лесных пожаров может способствовать разрушению озона.

Когда дело дошло до разрушения озонового слоя, «никто на самом деле не думал о лесных пожарах и дыме».

Чтобы выяснить, способствуют ли эти органические вещества разрушению озонового слоя, ученые раскопали результаты старых лабораторных измерений, сделанных в основном в 1950-х и 1960-х годах, по растворимости соляной кислоты в различных углеродосодержащих жидкостях. Они включили эти данные в компьютерное моделирование химического состава атмосферы после австралийских пожаров 2020 года и сравнили результаты с реальными измерениями.

Учет большей растворимости соляной кислоты в органических жидкостях в их моделировании дал «результаты, которые очень близки к тому, что мы видели в наблюдениях», сказал Стоун.

Это открытие показало, что дым от пожаров в Австралии истощил около 3–5% озонового слоя над южными средними широтами.