Ученые продемонстрировали, что частицы сажи от мощных пожаров, достигая нижней стратосферы, разрушают активные молекулы азота, оставляя озоновый слой без защиты.
В нижних слоях стратосферы, на высотах от 20 до 40 километров, она насыщена озоном, который образуется из молекулярного кислорода, поглощая мягкий ультрафиолет солнца. Сам озон поглощает фотоны жесткого ультрафиолета, снова превращаясь в молекулярный кислород. Так работает озоновый слой, который защищает поверхность планеты от смертельно опасного излучения.
В конце ХХ века ученые заметили, что озоновый слой истощается из-за активного использования фреона и других галогенсодержащих органических веществ. Им удалось убедить мировое сообщество в реальности этой угрозы, и после принятия Монреальского протокола их производство и использование были запрещены, а озоновый слой начал быстро восстанавливаться. Однако в последние годы этот процесс застопорился, и новый удар по озону наносят изменения климата.
Глобальное потепление делает весьма жаркими и засушливыми обширные регионы планеты, что уже привело к заметному усилению природных пожаров. В 2019-2020 годах в Австралии они охватили более 24 миллионов гектаров и подняли в воздух порядка миллиона тонн частиц дыма и сажи, которые достигали высоты до 35 километров, вплоть до верхней границы озонового слоя. Их взаимодействие рассмотрели авторы новой статьи, опубликованной в журнале PNAS.
Сьюзан Соломон (Susan Solomon) из Массачусетского технологического института (MIT) и ее коллеги использовали данные спутниковых наблюдений, проследив за влиянием австралийских пожаров на состав атмосферы, а также компьютерное моделирование. Они показали, что в марте 2020 года — вскоре после того, как пламя погасло — содержание диоксида азота в стратосфере упало до рекордных за последние десятилетия значений.
Эти изменения сигнализируют о химических реакциях, которые дым и сажа запустили высоко в воздухе. В норме под действием солнечного света там происходят превращения оксида азота (V) в оксид азота (IV), который быстро вступает в реакцию с хлором и другими галогенами, не позволяя им уничтожать молекулы озона.
Однако при появлении частиц сажи этот механизм ослабевает. Сажа реагирует с оксидом азота (V), превращая его в нитрат, и диоксида остается слишком мало, позволяя хлору проявлять свое разрушительное действие.
По расчетам Соломон и ее соавторов, австралийские пожары привели к понижению концентрации озона приблизительно на процент. С учетом того, что его восполнение в стратосфере происходит на скорости в один-три процента за десятилетие, одна лишь природная катастрофа в Австралии «обнулила» несколько лет естественного восстановления. И это не считая примерно 788 миллионов тонн углекислого газа, которые были выброшены в воздух.