Дым от лесных пожаров разрушает озоновый слой

Австралийские лесные пожары 2019 и 2020 годов стали историческими по тому, как далеко и быстро они распространились, а также по тому, как долго и мощно они горели. В общей сложности, разрушительные пожары "черного лета" охватили более 43 миллионов акров земли и уничтожили или вытеснили почти 3 миллиарда животных. Пожары также выбросили в атмосферу более 1 миллиона тонн частиц дыма, которые достигли высоты 35 километров над поверхностью Земли - масса и охват, сравнимые с извергающимся вулканом.

Химики-атмосферники из Массачусетского технологического института обнаружили, что дым от этих пожаров вызвал химические реакции в стратосфере, которые способствовали разрушению озона, защищающего Землю от поступающего ультрафиолетового излучения. Исследование группы, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, является первым, в котором установлена химическая связь между дымом от лесных пожаров и разрушением озонового слоя.

Исследователи обнаружили, что это падение диоксида азота напрямую коррелирует с количеством дыма, выброшенного пожарами в стратосферу. По их оценкам, этот химический процесс, вызванный дымом, истощил толщу озона на 1 процент.

Массивные лесные пожары, как известно, приводят к образованию пирокумулонимбусов - высотных облаков дыма, которые могут достигать стратосферы - слоя атмосферы, находящегося на высоте от 15 до 50 километров над поверхностью Земли. Дым от австралийских лесных пожаров поднимался в стратосферу на высоту до 35 километров.

В 2021 году соавтор Соломона, Пенгфей Ю из Цзинаньского университета, провел отдельное исследование воздействия пожаров и обнаружил, что скопившийся дым нагрел часть стратосферы на целых 2 градуса Цельсия - потепление сохранялось в течение шести месяцев. Исследование также выявило признаки разрушения озона в Южном полушарии после пожаров.

Когда частицы формируются в атмосфере, они собирают влагу на своей поверхности. Намокнув, частицы могут вступать в реакцию с циркулирующими в стратосфере химическими веществами, включая пентоксид динитрогена, который вступает в реакцию с частицами, образуя азотную кислоту.

Обычно пентоксид динитрогена реагирует с солнцем, образуя различные виды азота, включая диоксид азота - соединение, которое связывается с хлорсодержащими химическими веществами в стратосфере. Когда вулканический дым превращает пентоксид динитрогена в азотную кислоту, диоксид азота уменьшается, а соединения хлора идут другим путем, превращаясь в монооксид хлора - основной антропогенный агент, разрушающий озон.


В новом исследовании Соломон и ее коллеги посмотрели, как изменилась концентрация диоксида азота в стратосфере после австралийских пожаров. Если бы эти концентрации значительно снизились, это свидетельствовало бы о том, что дым лесных пожаров разрушает озон в результате тех же химических реакций, что и извержения некоторых вулканов.

Группа исследователей изучила данные наблюдений за диоксидом азота, сделанные тремя независимыми спутниками, которые в течение разного времени наблюдали за Южным полушарием. Они сравнили данные каждого спутника за месяцы и годы до и после австралийских пожаров. Все три записи показали значительное снижение уровня диоксида азота в марте 2020 года. Для записи одного из спутников это снижение стало рекордно низким за последние 20 лет.

В каждой модели, включающей дым от лесных пожаров, команда обнаружила, что по мере увеличения количества частиц дыма в стратосфере концентрация двуокиси азота снижалась, что соответствовало наблюдениям трех спутников.