臭氧层被野火烟雾粒子侵蚀

野火能泵烟雾上升进入平流层,粒子漂移一年多了。麻省理工学院的一项新研究发现,虽然暂停,这些粒子可能引发化学反应腐蚀保护臭氧层保护地球免受太阳紫外线辐射。

今天这一研究结果发表在自然,关注“黑夏天”的烟megafire在澳大利亚东部,燃烧从2019年12月到2020年1月。大火——该国历史上最严重的烧焦数千万亩和注入超过100万吨的烟雾进入大气。

麻省理工学院的团队发现了一个新的化学反应,从澳大利亚野火烟雾粒子使臭氧损耗更糟。通过触发这个反应,火灾可能造成3 - 5损耗臭氧总量的百分比在南半球中纬度地区覆盖澳大利亚、新西兰、非洲和南美的部分地区。

研究者的模型还表明大火产生影响在极地地区,蚕食南极上空臭氧层空洞的边缘。2020年底,澳大利亚森林火灾的烟雾粒子扩大南极臭氧空洞的面积250万平方公里,面积比前一年的10%。

目前尚不清楚什么长期影响森林火灾对臭氧恢复。联合国最近报告说,臭氧层空洞,和世界各地的臭氧损耗,复苏的轨道上,由于持续的国际努力逐步淘汰消耗臭氧层的化学物质。但麻省理工学院的研究表明,只要这些化学物质存在于大气中,可能会引发一场大火灾反应暂时耗尽臭氧。

“2020年的澳大利亚火灾真的为科学社会敲响了警钟,”苏珊·所罗门说,李和杰拉尔丁·马丁麻省理工学院环境研究教授和著名气候科学家首次发现的化学物质负责南极臭氧空洞。“野火的影响不是先前占预测的臭氧恢复。我认为效果可能会取决于火灾变得更加频繁和激烈随着地球变暖。”

所罗门和麻省理工学院的科学家领导的研究是凯恩的石头,在环境和气候研究所的合作者在广州,中国;美国国家海洋和大气管理局;美国国家大气研究中心;和科罗拉多州立大学。

氯级联

这项新研究扩展了2022年由所罗门和她的同事们发现,他们首次发现的一种化学野火和臭氧损耗之间的联系。研究人员发现,含氯化合物,最初是由工厂排放的氯氟烃(cfc),可以用火气溶胶表面反应。这种交互时,他们发现,引发了一场化学级联产生一氧化氯-最终消耗臭氧分子。他们的研究结果显示,澳大利亚的野火可能耗尽臭氧通过这个新发现的化学反应。

“但这并不能解释所有的变化,都观察到平流层,”所罗门说。“有一大堆chlorine-related化学是完全不正常。”

在新的研究中,研究小组仔细看看分子的组成在平流层后,澳大利亚的森林大火。他们梳理三组独立的卫星数据和观察到的几个月后,火灾,在中纬度的盐酸浓度显著下降,而一氧化氯飙升。

盐酸(HCl)在同温层中氟利昂自然分解。只要盐酸氯绑定的形式,它不有机会破坏臭氧层。但如果HCl分裂,一氧化氯可以与氧气发生化学反应,形成臭氧消耗氯。

在极地,HCl可以分开时,与云粒子的表面在寒冷的温度约为155开尔文。然而,这种反应是不会发生在中纬度地区,气温暖和得多。

“事实上,在中纬度HCl下降这一前所未有的数量对我是一种危险的信号,”所罗门说。

她想知道:如果HCl也可能与烟雾粒子相互作用,在温度和破坏臭氧层的方式释放氯吗?如果这样的反应是可能的,它将解释分子的不平衡和臭氧损耗的观察后,澳大利亚的森林大火。

烟雾缭绕的漂移

所罗门和她的同事们通过挖掘化学文献看什么样的有机分子能与盐酸反应在温度把它分开。

“你瞧,我知道HCl极其溶于整个广泛的有机物种,”所罗门说。“它喜欢抢在很多化合物。”

接下来的问题,是澳大利亚森林火灾释放这些化合物可以引发HCl的分手和任何后续臭氧的损耗。当团队看着烟雾粒子的成分在大火后第一天,画面清晰。

“我看着这些东西,把我的手和想,有这么多的东西,我怎么算出来吗?”所罗门回忆说。”但后来我意识到这已经采取了一些周之前你看到HCl下降,所以你需要看数据岁野火粒子。”

当团队扩大搜索,他们发现烟雾粒子持续数月,在平流层流通在中纬度地区,在同一地区和盐酸的浓度下降的时候。

“这是老年人烟雾粒子真正占用大量的盐酸,”所罗门说。“然后,令人惊讶的是,同样的反应,臭氧空洞,但在中纬度地区,气温暖和得多。”

当团队把这个新的化学反应模型的大气化学,和澳大利亚森林火灾的模拟条件,他们观察到在平流层臭氧损耗5%在中纬度地区,和10%的南极洲上空的臭氧层空洞扩大。

与盐酸的反应可能是野火能够消耗臭氧的主要途径。但所罗门猜测可能还有其他含氯化合物漂流在同温层,野火能解锁。

“现在有一种与时间赛跑,”所罗门说。“但愿,含氯化合物会被摧毁,在火灾的频率随气候变化。这就更有理由警惕全球变暖,这些含氯化合物。”

参考:所罗门年代,石头K, P, et al .氯激活和增强的野火气溶胶引起的臭氧损耗。自然。2023,615 (7951):259 - 264。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05683 - 0

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