Австралийские лесные пожары связаны с разрушением озонового слоя

Австралийские кустарниковые пожары "черного лета" произвели почти 1 миллион тонн дыма в 2019 и 2020 годах, посеяв хаос в местном качестве воздуха. Однако новое исследование показало, что это далеко не единственное воздействие дыма на атмосферу.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, грозы, вызванные интенсивными лесными пожарами, направили частицы дыма далеко в стратосферу, где они способствовали потере 1% озонового слоя. Это то количество, которое должно было восстановиться за последнее десятилетие благодаря принятию Монреальского протокола, сказала Сьюзан Соломон, профессор экологии и химии Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи. "Этот пожар уничтожил все одним ударом".

Озоновый слой впервые попал в поле зрения общественности в середине 1970-х годов, после того как исследователи предположили, что хлорфторуглероды (ХФУ), которые в то время присутствовали во всем, от лака для волос до холодильников, могут разрушить его. Затем, в 1985 году, была обнаружена антарктическая озоновая дыра, что ускорило введение всемирного запрета на производство и использование ХФУ. С тех пор озон неуклонно восстанавливался со скоростью около 1% в десятилетие, что по любым меркам является историей экологического успеха.

Но наш защитный атмосферный щит может снова оказаться под угрозой из-за изменения климата и его склонности вызывать более крупные и частые пожары.

Однако в отличие от фреонов, которые разрушают озон, выбрасывая хлор в стратосферу, дым разрушает озон более обходным путем, обнаружили Соломон и ее соавторы. Когда частицы дыма поднимаются вверх в атмосфере, они накапливают воду, создавая идеальную поверхность для реакции пентоксида динитрогена (N2O5); N2O5 может косвенно ограничивать воздействие озоноразрушающих соединений, таких как монооксид хлора (ClO).

"Эта идея о том, что частицы дыма действуют как поверхности, на которых может происходить гетерогенная химия, является новой концепцией для стратосферы, с точки зрения озоновых циклов", - сказал Джордж Каблик, ученый-атмосферист из Военно-морской исследовательской лаборатории США (NRL), который не принимал участия в исследовании.

"Если этот процесс происходит, то он может сыграть важную роль в восстановлении [озона]", - добавил Кевин Охнайзер, аспирант Института тропосферных исследований имени Лейбница, который также не принимал участия в исследовании.

Обновление климатических моделей?

Ученым было хорошо известно, что дым от лесных пожаров может попасть в стратосферу. При соответствующих условиях пожары порождают пирокумулонимбусовые (pyroCb) грозовые облака, которые могут вогнать дым намного выше высоты полета самолетов. С тех пор как 9 лет назад был начат учет, исследователи обнаружили, что облака pyroCb возникают в среднем около 50 раз в год, объяснил Дэвид Петерсон, метеоролог, работающий с Кабликом в NRL. Несмотря на это, влияние этих бурь на озон не считалось особенно примечательным.

Но все изменилось во время рекордных кустарниковых пожаров "Черного лета" 2019-2020 годов. Из-за огромных масштабов этого события огромное количество дыма проникло в обычно нетронутую верхнюю стратосферу. "Он выбросил очень большой шлейф - больше, чем любое другое пиротехническое событие, которое мы наблюдали до этого момента", - говорит Каблик.

"Это было сравнимо с большим вулканическим извержением, которое произошло в 2015 году", - сказал Соломон.

В результате химический состав стратосферы был нарушен". Используя спутниковые измерения, Соломон и ее команда обнаружили, что диоксид азота, для образования которого на этой высоте необходим N2O5, достиг самого низкого уровня за последние два десятилетия. Без диоксида азота "ClO будет расти", - объяснила Соломон. "Если ClO будет расти, то произойдет потеря озона".

Возможно, это не единственный способ, с помощью которого дым влияет на озон. Другие исследователи предложили различные химические механизмы, учитывающие множество органических молекул, которые эти частицы приносят в стратосферу. Онейзер также предположил, что дым может изменять свойства печально известных полярных стратосферных облаков, которые способствуют образованию озоновой дыры каждую весну. Благодаря этому методу потеря озона может быть еще больше - до 25% на полюсах.

В конце концов, все эти предложенные схемы возможны, признал Соломон, добавив, что если они будут присутствовать, то "только усилят эффект, о котором мы говорим".

В связи с этим возникает вопрос: "Если это будет продолжаться в будущем, нужно ли нам учитывать эту химию в климатической модели?" - спросил Петерсон.

Ожидается, что озоновый слой Земли полностью восстановится к 2050 году по мере распада оставшихся ХФУ. В то же время риск возникновения мегапожаров постоянно растет, поскольку планета продолжает нагреваться. "Это будет своего рода гонка", - сказал Соломон, который пояснил, что хотя этот дым не остановит восстановление озонового слоя полностью, он может "значительно замедлить его" в годы с крупными пожарами.

Но то, в какой степени это может произойти, все еще является областью активных исследований, как и другие воздействия, которые эта химия, вызванная дымом, окажет на стратосферу. "Озон - одно из проявлений этого, - говорит Петерсон, - но могут быть и другие вещи, о которых мы пока даже не знаем".