كيف تستنفد حرائق الغابات طبقة الأوزون على الأرض

توصلت دراسة جديدة إلى أن سحب الدخان المرتفعة التي يتم إرسالها إلى طبقة الستراتوسفير بفعل حرائق الغابات الشرسة يمكن أن تقضي على طبقة الأوزون على الأرض بفضل مزيج قوي من الدخان وكيمياء الغلاف الجوي والأشعة فوق البنفسجية.

خلال أواخر عام 2019 وأوائل عام 2020 ، تحولت سماء أستراليا إلى اللون الأسود ، وظلمتها أعمدة كثيفة من دخان حرائق الغابات التي وصلت إلى طبقة الستراتوسفير. في أعقاب ذلك ، كشفت بيانات الأقمار الصناعية أن الدخان كان يتفاعل بطريقة ما مع جزيئات الغلاف الجوي للتخلص من طبقة الأوزون على الأرض (SN: 3/17/22). لكن كيف حدث ذلك بالضبط لم يكن واضحًا.

الآن ، وضع العلماء معًا قطع هذا اللغز الكيميائي. يقول الفريق إنه بمجرد وصولها إلى طبقة الستراتوسفير ، كانت جزيئات الدخان قادرة على التفاعل مع غازات الستراتوسفير بالإضافة إلى انبعاثات المواد الكيميائية المدمرة للأوزون. أضف الإشعاع الشمسي ، وهذا المشروب الدخاني أنتج جذور الكلور ، وهو نوع من المواد الكيميائية ذات صلة بمهاجمة الأوزون ، حسبما أفاد باحثون في 9 مارس. طبيعة.

كانت سلسلة الأحداث هذه مسؤولة عن استنفاد حوالي 3 إلى 5 في المائة من طبقة الأوزون في أجزاء من نصف الكرة الجنوبي خلال عام 2020 ، حسب تقديرات الباحثين. هذا جزء صغير من الكل – لكنه ينافس حجم تأثير الانبعاثات البشرية لمركبات الكلوروفلوروكربون الآكلة للأوزون في أوجها ، كما تقول كيميائية الغلاف الجوي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سوزان سولومون.

تم استخدام مركبات الكلوروفلوروكربون ذات مرة في مكيفات الهواء والثلاجات ، لكن انبعاثها في الغلاف الجوي أدى إلى حدوث ثقب كبير فوق القارة القطبية الجنوبية في طبقة الأوزون الواقية للأرض ، مما يحد من كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الكوكب.

في الدراسة الجديدة ، قارنت سولومون وزملاؤها ملاحظات الغلاف الجوي للكلور والأوزون والجزيئات الأخرى بعد حرائق الغابات الأسترالية بمحاكاة كيمياء الغلاف الجوي. قامت الأقمار الصناعية بقياس وفرة بعض المواد الكيميائية في الستراتوسفير في عام 2020 – ليس فقط الأوزون ، ولكن أيضًا غاز كلوريد الهيدروجين ونترات الكلور ، من بين أمور أخرى. هذه المستويات لفتت انتباه سليمان.

يقول سولومون: “ما رأيناه فوق أستراليا كان انخفاضًا هائلاً في كلوريد الهيدروجين” في بيانات الأقمار الصناعية. “اعتقدت ، يا إلهي ، أن هذا يشبه القارة القطبية الجنوبية تمامًا. كيف يمكن أن يحدث هذا فوق أستراليا؟ “

غاز كلوريد الهيدروجين هو نتاج تحلل مركبات الكربون الكلورية فلورية ، والتي يمكن أن تبقى لعقود في الستراتوسفير. كانت البيئة المتجمدة فوق القارة القطبية الجنوبية جزءًا رئيسيًا من تكوين ثقب الأوزون ، لأنه في درجات الحرارة هذه يمكن أن يذوب غاز كلوريد الهيدروجين في السحب الجليدية التي تنتقل عبر الستراتوسفير. يعد امتصاص هذا الغاز ضروريًا لبدء سلسلة التفاعلات التي تشكل مواد كيميائية مستنفدة للأوزون.

الغلاف الجوي فوق أستراليا دافئ جدًا لهذه العملية – لكن بيانات الأقمار الصناعية أشارت إلى أن شيئًا ما كان لا يزال يزيل غاز كلوريد الهيدروجين من الغلاف الجوي. أدركت سليمان وفريقها أن الجاني هو الجزيئات العضوية في الدخان. يمكن لهذه الجسيمات امتصاص غاز كلوريد الهيدروجين حتى في درجات الحرارة الأكثر دفئًا ، مما يؤدي إلى بدء تلك الخطوة الأساسية الأولى.

باستخدام كلوريد الهيدروجين الممتص ، يمكن لجزيئات الدخان أن تعمل كمحفزات ، مما يساعد على تسريع التفاعلات الأخرى في الغلاف الجوي. على وجه الخصوص ، تعمل الجسيمات على زيادة تحويل الغازات الأخرى المحتوية على الكلور العائمة في طبقة الستراتوسفير ، مثل نترات الكلور وحمض هيبوكلوروس ، إلى مركبات الكلور شديدة التفاعل مع ضوء الشمس.

ينتج عن خلط أشعة الشمس فوق البنفسجية مع مركبات الكلور الجديدة جذور الكلور ، وهي جزيئات حرة الحركة شديدة التفاعل كيميائيًا – وتستمتع بشكل خاص بمهاجمة جزيئات الأوزون.

يقول سولومون إن اكتشاف هذه العملية المرتبطة بحرائق الغابات لتدمير الأوزون يمثل انتكاسة محتملة مقلقة لاستعادة طبقة الأوزون. حظر بروتوكول مونتريال لعام 2010 استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية ، وهو فعل كان ناجحًا بشكل مشجع في تقليص ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية (SN: 2/10/21). وتقول إن طبقة الأوزون أظهرت علامات الانتعاش منذ ذلك الحين ، حيث تنمو مرة أخرى بمعدل 1 في المائة لكل عقد.

ومع ذلك ، يضيف سليمان أن الدخان المنبعث من حرائق الغابات الأسترالية “قضى بشكل أو بآخر على كل هذا العمل الشاق” خلال العام.

من المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى زيادة شدة وتواتر حرائق الغابات في جميع أنحاء العالم المزيد من سحب النار الشاهقة عاليا في السماء (SN: 12/15/20). يقول سولومون إذا كانت هذه الحرائق “صفقة لمرة واحدة ، فربما لا تكون سيئة للغاية” لاستعادة الأوزون. “ولكن إذا حدث ذلك كل خمس سنوات ، فهذه غلاية مختلفة من الأسماك.”

تشرح الدراسة بأناقة العديد من ملاحظات الأقمار الصناعية المحيرة التي تم إجراؤها في أعقاب الحرائق الأسترالية ، كما يقول روس سلاويتش ، الكيميائي الجوي في جامعة ميريلاند في كوليدج بارك الذي لم يشارك في العمل. إنه يوضح الانخفاض في كلوريد الهيدروجين ، كما يقول ، بالإضافة إلى الزيادات الغريبة في مركبات الكلور الأخرى مثل نترات الكلور وأكسيد الكلور.

يقول سلاويتش إن “التثليج على الكعكة” هو كيف يمكن لاكتشاف دور الجسيمات العضوية أن يحسن فهمنا لما يتحكم في حجم ثقب الأوزون. وهذا أمر مهم ، ليس فقط لأننا نريد الحصول على التفاصيل بشكل صحيح ، كما يقول ، ولكن لأن “إحدى العواقب المؤسفة للاحتباس الحراري هي على الأرجح زيادة في تواتر وشدة حرائق الغابات”.