研究：野火产生的烟雾颗粒会侵蚀臭氧层

野火可以将烟雾泵入平流层，颗粒在那里漂移一年以上。麻省理工学院的一项新研究发现，当悬浮在那里时，这些颗粒会引发化学反应，侵蚀保护地球免受太阳有害紫外线辐射的保护性臭氧层。

这项研究发表在《自然》杂志上，重点关注澳大利亚东部“黑色夏季”大火产生的烟雾，该火灾于2019年2020月至1年<>月燃烧。这场大火是该国有记录以来最具破坏性的大火，烧毁了数千万英亩的土地，并向大气中排放了超过<>万吨的烟雾。

麻省理工学院的研究小组发现了一种新的化学反应，通过这种反应，澳大利亚野火产生的烟雾颗粒使臭氧消耗更加严重。通过引发这种反应，大火可能导致南半球中纬度地区，澳大利亚，新西兰以及非洲和南美洲部分地区的臭氧总量消耗3-5%。

研究人员的模型还表明，火灾对极地地区产生了影响，侵蚀了南极洲臭氧洞的边缘。到2020年底，澳大利亚野火产生的烟雾颗粒使南极臭氧洞扩大了2万平方公里，与前一年相比占其面积的5%。

目前还不清楚野火会对臭氧恢复产生什么长期影响。联合国最近报告说，由于国际社会为逐步淘汰消耗臭氧层化学品所作的持续努力，臭氧空洞和世界各地的臭氧消耗正在恢复轨道上。但麻省理工学院的研究表明，只要这些化学物质在大气中存在，大火就可能引发暂时耗尽臭氧的反应。

“2020年的澳大利亚大火确实给科学界敲响了警钟，”麻省理工学院李和杰拉尔丁马丁环境研究教授苏珊所罗门说，他是一位领先的气候科学家，他首先确定了导致南极臭氧空洞的化学物质。“野火的影响以前没有在臭氧恢复的[预测]中得到考虑。我认为这种影响可能取决于随着地球变暖，火灾是否会变得更加频繁和强烈。

该研究由所罗门和麻省理工学院研究生Peidong Wang以及来自中国广州环境与气候研究所，国家海洋和大气管理局，国家大气研究中心和科罗拉多州立大学的合作者领导。

氯级联

这项新研究扩展了所罗门及其同事 2022 年的一项发现，他们首次确定了野火与臭氧消耗之间的化学联系。研究人员发现，最初由工厂以氯氟烃(CFCs)形式排放的含氯化合物可以与火灾气溶胶的表面发生反应。

他们发现，这种相互作用引发了一个化学级联，产生了一氧化氯 - 最终的臭氧消耗分子。他们的结果表明，澳大利亚的野火可能通过这种新发现的化学反应耗尽了臭氧。

“但这并不能解释在平流层观察到的所有变化，”所罗门说。“有一大堆与氯有关的化学物质完全不正常。

在这项新研究中，研究小组仔细研究了澳大利亚野火后平流层分子的组成。他们梳理了三组独立的卫星数据，观察到在火灾发生后的几个月里，中纬度地区的盐酸浓度显着下降，而一氧化氯则飙升。

盐酸(HCl)存在于平流层中，因为氟氯化碳会随着时间的推移自然分解。只要氯以HCl的形式结合，它就没有机会破坏臭氧。但是，如果HCl分解，氯可以与氧气反应形成消耗臭氧层的一氧化氯。

在极地地区，HCl在约155开尔文的寒冷温度下与云颗粒表面相互作用时会破裂。然而，预计这种反应不会发生在温度要高得多的中纬度地区。

“事实上，中纬度地区的HCl下降了前所未有的数量，这对我来说是一个危险的信号，”所罗门说。

她想知道：如果HCl也可以在温暖的温度下与烟雾颗粒相互作用，并以释放氯来破坏臭氧的方式相互作用，那会怎样?如果这样的反应是可能的，它将解释分子的不平衡和澳大利亚野火后观察到的大部分臭氧消耗。

烟熏漂移

所罗门和她的同事深入研究了化学文献，看看什么样的有机分子可以在温暖的温度下与HCl反应将其分解。

“你瞧，我了解到HCl极易溶于各种有机物种，”所罗门说。“它喜欢吃很多化合物。”

那么的问题是，澳大利亚的野火是否释放了任何可能引发HCl分解和随后臭氧消耗的化合物。当研究小组在火灾发生后的头几天观察烟雾颗粒的成分时，情况一点也不清晰。

“我看着那些东西，举起双手想，里面有这么多东西，我怎么能弄清楚呢?”所罗门回忆道。“但后来我意识到，在你看到HCl下降之前，实际上需要几周的时间，所以你真的需要看看老化的野火颗粒的数据。

当研究小组扩大搜索范围时，他们发现烟雾颗粒持续了几个月，在中纬度的平流层中循环，在HCl浓度下降的相同地区和时间。

“正是老化的烟雾颗粒真正占据了大量的HCl，”所罗门说。“然后，令人惊讶的是，你会得到与臭氧洞相同的反应，但在中纬度地区，温度要高得多。

当研究小组将这种新的化学反应纳入大气化学模型并模拟澳大利亚野火的条件时，他们观察到中纬度地区整个平流层的臭氧消耗量减少了5%，南极洲上空的臭氧空洞扩大了10%。

与HCl的反应可能是野火消耗臭氧的主要途径。但所罗门猜测，平流层中可能还有其他含氯化合物漂浮，野火可能会解开这些化合物。

“现在有点与时间赛跑，”所罗门说。“希望在火灾频率随着气候变化而增加之前，含氯化合物将被摧毁。这就更有理由对全球变暖和这些含氯化合物保持警惕。

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