臭氧層位于地球平流層低層,海拔15 至35 公里(9 至22 英里),可反射大量具有破壞性的太陽(yáng)紫外線。這有助于保持地球適宜居住,但在20 世紀(jì)80 年代中期,研究人員在該層發(fā)現(xiàn)了一個(gè)洞。幾年之內(nèi),世界各國(guó)政府簽署了《蒙特利爾議定書(shū)》,禁止使用溶解臭氧的氯氟烴。從那時(shí)起,臭氧空洞一直在縮小,防止了一些最惡劣的氣候情景的發(fā)生。
但不幸的是,當(dāng)前的一些氣候危機(jī)有可能使這一努力付諸東流。 2019年底和2020年初,澳大利亞大部分地區(qū)受到山火影響。超過(guò)6000 萬(wàn)英畝(2400 萬(wàn)公頃)的土地被燒毀,超過(guò)100 萬(wàn)噸的煙霧顆粒噴入大氣中,高度達(dá)到35 公里——臭氧層的上部區(qū)域。之前的研究已經(jīng)確定,火山噴發(fā)產(chǎn)生的煙霧可以引發(fā)溶解臭氧的化學(xué)反應(yīng),因此研究人員調(diào)查了野火煙霧是否具有相同的效果。
第一個(gè)線索出現(xiàn)在2020 年3 月,大火剛剛被撲滅。衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示,平流層二氧化氮水平大幅下降,達(dá)到此前20年觀測(cè)記錄的最低水平。這種下降是火山煙霧降解臭氧的特定化學(xué)反應(yīng)的證據(jù)。
在正常的大氣化學(xué)中,五氧化二氮與陽(yáng)光反應(yīng)產(chǎn)生一系列氮元素。這些最終產(chǎn)物之一是二氧化氮,它與氯化合物結(jié)合并防止它們破壞臭氧。但當(dāng)排放的顆粒物添加到混合物中時(shí),它們會(huì)中斷這種化學(xué)反應(yīng)。煙霧顆粒將五氧化二氮轉(zhuǎn)化為硝酸,這意味著沒(méi)有那么多的物質(zhì)可以形成二氧化氮。這反過(guò)來(lái)意味著氯氣會(huì)形成更多的一氧化氯,這是一種強(qiáng)大的臭氧“殺手”。
為了研究野火煙霧是否執(zhí)行相同的過(guò)程,該團(tuán)隊(duì)對(duì)大氣化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了復(fù)雜的模擬,并檢查了包含和不包含巨大煙霧顆粒云的模型。果然,所有添加煙霧的模型的二氧化氮含量都急劇下降。
該研究的主要作者蘇珊·所羅門(Susan Solomon)表示:“我們看到的行為,模型和數(shù)據(jù)中的氣溶膠越來(lái)越多,二氧化氮越來(lái)越少,這是一個(gè)美妙的‘指紋’?!?“這是科學(xué)首次建立將野火煙霧與臭氧消耗聯(lián)系起來(lái)的化學(xué)機(jī)制。它可能只是幾種化學(xué)機(jī)制之一,但它顯然存在?!?
研究小組估計(jì),這種煙霧會(huì)使臭氧層消耗百分之一。鑒于臭氧空洞以每十年1% 至3% 的速度愈合,這一事件實(shí)際上抵消了過(guò)去十年臭氧空洞的大部分愈合。
臭氧消耗并不是如此規(guī)模的野火對(duì)氣候的唯一影響。去年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),這些火災(zāi)估計(jì)向大氣中釋放了7.88 億噸二氧化碳,而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),平流層部分地區(qū)在六個(gè)月內(nèi)升溫高達(dá)2C。
更糟糕的是,隨著氣候變化,大型山火預(yù)計(jì)將變得更加頻繁,其對(duì)環(huán)境的影響將加速氣候變化,形成惡性循環(huán)。更好地了解這些過(guò)程可以幫助我們做好準(zhǔn)備。
該研究發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》 (PNAS)。