Органические вещества, поднятые пожарами высоко в стратосферу, позволяют агрессивным ионам хлора появляться даже при умеренной температуре. Это ведет к формированию «озоновых дыр» далеко за пределами Антарктики, где они образуются чаще всего.
Масштабные пожары, произошедшие в Австралии летом 2019-2020-х привели к повреждению озонового слоя Земли. Так условно называют область стратосферы на высоте нескольких десятков километров, где накапливаются молекулы, состоящие из трех атомов кислорода, — озон. Он служит естественной защитой поверхности планеты от жесткого солнечного ультрафиолета.
Во время австралийских пожаров в 2019-2020-х в стратосферу попало порядка миллиона тонн дыма и сажи. В ней начались химические превращения, с которыми прежде ученые не сталкивались. Они привели к росту содержания нитрата хлора в атмосфере и ослаблению озонового слоя. Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) выяснили, как именно это произошло. Их статья опубликована в журнале Nature.
Главная опасность для озонового слоя — ионы хлора, которые разрушают молекулы озона. В атмосфере такие ионы появляются из соляной кислоты, которая, в свою очередь, может образоваться из хлорфторуглеродов. Летучие хлорфторуглероды (включая фреон и хладон) широко использовали в качестве хладагентов — растворителей — в составе аэрозолей. Ради защиты озонового слоя их производство прекращено, однако некоторое количество этих стойких веществ остается в атмосфере.
Чтобы выяснить, что именно происходило со всеми этими соединениями под влиянием дыма австралийских пожаров, Кейн Стоун (Kane Stone) и его коллеги использовали данные спутниковых наблюдений. Прежде такая работа показала, что сажа снижает количество активных молекул азота, которые защищают озоновый слой. Теперь же выяснилось, что она еще и ускоряет появление агрессивных ионов хлора.
В стратосфере соляная кислота и другие хлорсодержащие соединения должны взаимодействовать с водой, чтобы появлялись деструктивные ионы. Такое взаимодействие требует очень низких температур, именно поэтому «озоновые дыры» чаще всего появляются над Антарктидой и Арктикой. Однако в присутствии органических веществ кислота может взаимодействовать с ними, причем при намного более высоких температурах. Это и произошло в 2019-2020 годах, когда истощение озонового слоя наблюдалось не только над Антарктикой, но и на более низких широтах, в самой Австралии.
Абсорбированные на органических частицах соляная кислота и другие соединения хлора под действием ультрафиолета выделяют агрессивные ионы, которые и разрушают озон. В результате после пожаров 2019-2020-х над Австралией озоновый слой ослаб на 3-5%. Это не такой уж маленький показатель: для сравнения скажем, что после принятия Монреальского протокола и запрета на производство хлорфторуглеродов озоновый слой восстанавливается со средней скоростью в один процент за десятилетие.