Šumski požar može upumpati dim u stratosferu, gde čestice lebde više od godinu dana. Nova studija MIT-a je otkrila da dok su suspendovane, ove čestice mogu da izazovu hemijske reakcije koje erodiraju zaštitni ozonski omotač koji štiti Zemlju od štetnog sunčevog ultraljubičastog zračenja.
Studija, objavljena u časopisu Nature, fokusira se na dim od megapožara „Crno leto“ u istočnoj Australiji, koji je goreo od decembra 2019. do januara 2020. Požari — najrazorniji u zemlji do sada — spalili su desetine miliona hektara i pumpali više više od milion tona dima u atmosferu.
Tim MIT-a identifikovao je novu hemijsku reakciju kojom su čestice dima iz požara u Australiji pogoršale oštećenje ozona. Pokrećući ovu reakciju, požari su verovatno doprineli smanjenju ukupnog ozona za 3-5 procenata na srednjim geografskim širinama na južnoj hemisferi, u regionima koji se nalaze iznad Australije, Novog Zelanda i delova Afrike i Južne Amerike.
Model istraživača takođe ukazuje da su požari imali efekta u polarnim regionima, izjedajući ivice ozonske rupe iznad Antarktika. Do kraja 2020. godine, čestice dima iz požara u Australiji proširile su ozonsku rupu na Antarktiku za 2,5 miliona kvadratnih kilometara – 10 odsto njene površine u poređenju sa prethodnom godinom.
Nejasno je kakav će dugoročni efekat šumski požari imati na oporavak ozona. Ujedinjene nacije su nedavno izvestile da su ozonska rupa i uništavanje ozona širom sveta na putu oporavka, zahvaljujući kontinuiranim međunarodnim naporima da se postepeno uklone hemikalije koje oštećuju ozonski omotač. Ali studija MIT-a sugeriše da sve dok ove hemikalije opstaju u atmosferi, veliki požari mogu izazvati reakciju koja privremeno oštećuje ozon.
„Australijski požari 2020. bili su zaista poziv za buđenje za naučnu zajednicu“, kaže Suzan Solomon, profesorica studija životne sredine Li i Džeraldin Martin na MIT-u i vodeći naučnik o klimi koji je prvi identifikovao hemikalije odgovorne za ozonsku rupu na Antarktiku. „Uticaj šumskih požara ranije nije bio uzet u obzir u [projekcijama] oporavka ozona. I mislim da taj efekat može zavisiti od toga da li požari postaju češći i intenzivniji kako se planeta zagreva.“
Studiju vode Solomon i diplomirani student MIT-a Peidong Vang, zajedno sa saradnicima iz Instituta za istraživanje životne sredine i klime u Guangdžouu, Kina, Nacionalne uprave za okeane i atmosferu, Nacionalnog centra za istraživanje atmosfere i Državnog univerziteta Kolorado.
Nova studija se proširuje na otkriće Solomona i njenih kolega iz 2022. u kojem su prvi put identifikovali hemijsku vezu između šumskih požara i oštećenja ozona. Istraživači su otkrili da jedinjenja koja sadrže hlor, koja su prvobitno emitovala fabrike u obliku hlorofluorougljenika (CFC), mogu da reaguju sa površinom vatrenih aerosola.
Ova interakcija, otkrili su, pokrenula je hemijsku kaskadu koja je proizvodila hlor monoksid – krajnji molekul koji oštećuje ozonski omotač. Njihovi rezultati su pokazali da su požari u Australiji verovatno osiromašili ozon kroz ovu novo identifikovanu hemijsku reakciju.
„Ali to nije objasnilo sve promene koje su uočene u stratosferi“, kaže Solomon. „Postojala je čitava gomila hemije u vezi sa hlorom koja je bila potpuno pokvarena.
U novoj studiji, tim je bliže pogledao sastav molekula u stratosferi nakon požara u Australiji. Pročešljali su tri nezavisna skupa satelitskih podataka i primetili da su u mesecima nakon požara koncentracije hlorovodonične kiseline značajno pale na srednjim geografskim širinama, dok je hlor monoksid skočio.
Hlorovodonična kiselina (HCl) je prisutna u stratosferi pošto se CFCs vremenom prirodno raspadaju. Sve dok je hlor vezan u obliku HCl, on nema šanse da uništi ozon. Ali ako se HCl raspadne, hlor može da reaguje sa kiseonikom i formira hlor-monoksid koji oštećuje ozonski omotač.
U polarnim regionima, HCl se može raspasti kada stupi u interakciju sa površinom čestica oblaka na hladnim temperaturama od oko 155 Kelvina. Međutim, nije se očekivalo da će se ova reakcija desiti na srednjim geografskim širinama, gde su temperature mnogo toplije.
„Činjenica da je HCl na srednjim geografskim širinama opao za ovu količinu bez presedana bila je za mene neka vrsta signala opasnosti“, kaže Solomon.
Pitala se: Šta ako bi HCl takođe mogao da stupi u interakciju sa česticama dima, na toplijim temperaturama i na način koji oslobađa hlor da uništi ozon? Ako je takva reakcija moguća, to bi objasnilo neravnotežu molekula i veći deo oštećenja ozona uočenog nakon požara u Australiji.
Solomon i njene kolege su prekopale hemijsku literaturu da vide koje vrste organskih molekula mogu da reaguju sa HCl na toplijim temperaturama da bi ga razbile.
„Gle i gle, naučio sam da je HCl izuzetno rastvorljiv u čitavom širokom spektru organskih vrsta“, kaže Solomon. „Voli da se nanosi na mnoga jedinjenja.“
Pitanje je tada bilo da li su australijski požari oslobodili bilo koje od tih jedinjenja koja su mogla da izazovu raspad HCl-a i bilo kakvo naknadno oštećenje ozona. Kada je tim posmatrao sastav čestica dima u prvim danima nakon požara, slika je bila sve samo ne jasna.
„Pogledao sam te stvari i podigao ruke i pomislio, ima toliko toga unutra, kako ću to ikada shvatiti?“ priseća se Solomon. „Ali onda sam shvatio da je zapravo trebalo nekoliko nedelja pre nego što ste videli kako HCl pada, tako da zaista morate da pogledate podatke o starim česticama šumskog požara.“
Kada je tim proširio svoju potragu, otkrili su da su čestice dima opstajale mesecima, kružeći u stratosferi na srednjim geografskim širinama, u istim regionima i vremenima kada su koncentracije HCl padale.
„Ostarele čestice dima zaista zauzimaju mnogo HCl“, kaže Solomon. „I onda dobijate, zapanjujuće, iste reakcije koje dobijate u ozonskoj rupi, ali na srednjim geografskim širinama, na mnogo toplijim temperaturama.“
Kada je tim ugradio ovu novu hemijsku reakciju u model atmosferske hemije i simulirao uslove požara u Australiji, primetili su smanjenje ozona od 5 procenata u celoj stratosferi na srednjim geografskim širinama i 10 procenata širenje ozonske rupe iznad Antarktika.
Reakcija sa HCl je verovatno glavni put kojim šumski požari mogu uništiti ozon. Ali Solomon pretpostavlja da postoje i druga jedinjenja koja sadrže hlor koja lebde u stratosferi, a koja bi požari mogli da otključaju.
„Sada postoji neka vrsta trke sa vremenom“, kaže Solomon. „Nadajmo se da će jedinjenja koja sadrže hlor biti uništena, pre nego što se učestalost požara poveća sa klimatskim promenama. Ovo je razlog više da budemo oprezni u vezi sa globalnim zagrevanjem i ovim jedinjenjima koja sadrže hlor.“
