دخان حرائق الغابات المتطاير على ارتفاع عال قد يهدد طبقة الأوزون |  علم

قبل عامين ، كان طاقم بولارستيرن، كاسحة جليد ألمانية مجمدة في الجليد البحري في القطب الشمالي ، أطلقت شعاع ليزر أخضر في الليل. كان الهدف من شعاع الضوء المنعكس هو مساعدة الباحثين على دراسة السحب الشتوية الجليدية. وبدلاً من ذلك ، واجه الشعاع شيئًا غير متوقع: طبقة من الجسيمات يبلغ سمكها كيلومترات في طبقة الستراتوسفير ، على ارتفاع أكثر من 7 كيلومترات. وخلص الباحثون لاحقًا إلى أن الضباب كان عبارة عن دخان من حرائق الغابات الهائلة التي اجتاحت سيبيريا ذلك الصيف.

كان الدخان أكثر من مجرد فضول. بحلول آذار (مارس) 2020 ، مع استمرار دخان سيبيريا ، وصلت قياسات الأقمار الصناعية لمستويات الأوزون في القطب الشمالي إلى مستوى قياسي منخفض – ليس “ثقبًا” تمامًا وفقًا لمعايير أنتاركتيكا ، ولكنه منخفض بشكل مثير للقلق. يقول كيفن أونيزر ، طالب الدراسات العليا في معهد لايبنيز لأبحاث التروبوسفير (TROPOS) ، على الرغم من أن القضية لم تُغلق بعد ، فمن المرجح أن الدخان ساعد في استنفاد طبقة الأوزون. حدثت انخفاضات مماثلة في العامين الماضيين في القارة القطبية الجنوبية بعد حرائق أستراليا “الصيف الأسود” التي حطمت الرقم القياسي ، والتي ضخ أكثر من مليون طن من الدخان في الستراتوسفير. يقول: “لا يمكننا إثبات ذلك”. “ولكن هذه [results] يبدو أنه تلميح “.

النتائج التي نشرها أونيسر وزملاؤه الشهر الماضي في كيمياء الغلاف الجوي والفيزياء، يشير إلى أن تغير المناخ قد يكون له تأثير غير متوقع على كيمياء الغلاف الجوي ، حيث يغزو الدخان الناتج عن حرائق الغابات الشديدة طبقة الستراتوسفير ويحتمل أن يؤدي إلى تآكل طبقة الأوزون التي تحجب الأشعة فوق البنفسجية الضارة. تقول كاثرين ويلكا ، عالمة كيمياء الستراتوسفير بجامعة ستانفورد: “حتى وقت قريب ، كان الدخان يُستبعد حقًا من حيث التأثير العالمي”. الآن ، كما تضيف ، “تتشكل لتكون واحدة من الحدود الجديدة.”

يضيف عمر توريس ، عالم الاستشعار عن بعد في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا: “هذا جديد حقًا”. منذ أواخر سبعينيات القرن الماضي ، كانت الأقمار الصناعية قادرة على تتبع جزيئات الدخان ، والتي يمكن رؤيتها بسهولة من الفضاء لأنها ممتصة قوية للأشعة فوق البنفسجية. يقول توريس إنه حتى عام 2017 ، لم تر الأقمار الصناعية أي علامة على اختراق الدخان لطبقة الستراتوسفير بأي قدر ملموس.

يعد حدث دخان القطب الشمالي مثيرًا للقلق بشكل خاص لأنه لم يكن له علاقة بالتواجد هناك. يقول أونيزر: “اعتقد الجميع أن القطب الشمالي سيكون نظيفًا حقًا” ، لأنه يفتقر إلى العواصف الرعدية التي يمكن أن تدفع الملوثات إلى طبقة الستراتوسفير ، وهي طبقة هادئة ومعزولة فوق طبقة التروبوسفير. يمكن أن تولد أعنف حرائق الغابات اليوم ، مثل تلك الموجودة في أستراليا ، أنظمة العواصف الشاهقة الخاصة بها ، القادرة على ضخ المواد في الستراتوسفير مثل البراكين. لكن بينما كانت سيبيريا تحترق ، كانت محاصرة في موجة حر ونظام ضغط عالٍ أدى إلى خنق الحركات الصاعدة الحملية التي تشكل عواصف كبيرة. يجب أن يكون للدخان طريق آخر إلى الستراتوسفير.

يطلق Polarstern الليزر في الغلاف الجوي الستريوسفير
في عام 2019 ، تم إصدار بولارستيرنأطلقت سفينة ألمانية محبوسة في جليد القطب الشمالي شعاع ليزر في الستراتوسفير. كشفت عن ضباب كثيف يعتقد أنه دخان.إستر هورفاث وجاكوب ستارك / CC-BY

في نموذج لم يُنشر بعد ، تحاول مجموعة TROPOS شرح كيف يمكن للمنطقة أن تغذي الدخان بهذا الارتفاع ، مستشهدة بنظرية عمرها عقد من الزمن تسمى “الرفع الذاتي”. يقترح نموذجهم أن جزيئات الدخان الداكنة تمتص ضوء الشمس بشكل فعال لدرجة أنها قامت بتسخين الهواء من حولها بسرعة ، مما تسبب في ارتفاع الدخان. بعد أيام قليلة فقط ، كان من الممكن أن تؤدي العملية إلى ارتفاع الدخان على ارتفاع 10 كيلومترات فوق سطح الأرض ، حيث يمكن للرياح بعد ذلك أن تدفعه إلى طبقة الستراتوسفير المنخفضة في القطب الشمالي. وبالفعل ، في الممرات فوق حرائق سيبيريا ، التقط ساتل ناسا السحابي الهباء الجوي Lidar والأقمار الصناعية لرصد الأشعة تحت الحمراء (CALIPSO) أعمدة ما بدا أنه دخان يتصاعد من 4 إلى 10 كيلومترات ، كما يقول Ohneiser.

فكرة رفع الذات ، التي لم يتم توثيقها في طبقة التروبوسفير ، مثيرة للجدل. في العالم الصغير للعواصف النارية ، أو pyrocumulonimbus (pyroCB) ، البحث ، “بطريقة ما تم تطوير الفكرة القائلة بأن الطريقة الوحيدة التي يمكن أن يصل بها رذاذ الدخان إلى الستراتوسفير هي عن طريق الحقن المباشر” ، كما يقول توريس ، الذي حدد الرفع الذاتي على أنه جزء من الطريقة التي وصل بها الدخان الناتج عن حرائق 2017 في كولومبيا البريطانية إلى طبقة الستراتوسفير. “لكن الملاحظات تظهر أنه لا يزال يحدث عندما لا يكون لدينا pyroCBs.”

البعض الآخر غير مقتنع. يسميها مايكل فروم ، الباحث في pyroCB في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية ، “ادعاءً غير عادي” يتطلب أدلة أكثر قوة. يعتقد أنه بدون الدفعة الإضافية من العاصفة النارية ، من غير المرجح أن يخترق الدخان التروبوبوز ، وهو الحد الذي يساعد على عزل الستراتوسفير. بدلاً من الدخان ، يعتقد فروم أن معظم جزيئات القطب الشمالي هي رذاذ كبريتات عالقة من رايكوكي ، وهو بركان جنوب غربي شبه جزيرة كامتشاتكا الروسية ، والذي أطلق الغاز والرماد في طبقة الستراتوسفير في عام 2019. ويشير إلى أن كاليبسو لا تستطيع التمييز بين الدخان والكبريتات.

لكن أونيسر وزملائه يقفون بحزم. يقيس الليدار المتقدم امتصاص الضوء وانعكاسه عند طولين موجيين مختلفين ، وأظهرت ملاحظات الحرائق الأسترالية باستخدام نفس الأداة أن جزيئات الدخان لها توقيع مميز. يقول Ohneiser إن هذه “بصمات بصرية لا لبس فيها لدخان حرائق الغابات”. “ليس هناك مجال لتفسيرات أخرى.” في الورقة ، رأى فريق TROPOS جسيمات الكبريتات من رايكوكي ، لكنها تشكل طبقة رقيقة أعلى في طبقة الستراتوسفير.

تقول جيسيكا سميث ، عالمة كيمياء الغلاف الجوي بجامعة هارفارد ، إنه بمجرد دخول الدخان في طبقة الستراتوسفير ، “توجد بالتأكيد إمكانية” لاستنفاد طبقة الأوزون. يعتمد فقدان الأوزون القطبي على الكلور ، الذي لا يزال عالقًا في الستراتوسفير من مركبات الكربون الكلورية فلورية وغيرها من الملوثات على الرغم من حظرها منذ عقود. يهاجم الكلور في الشتاء ، عندما تتشكل سحب قزحية رقيقة في الستراتوسفير. توفر قطراتها سطحًا للتفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى الجذور الحرة للكلور التي تمضغ عبر الأوزون. يقول سميث إن جزيئات الدخان قد تزيد من فقدان الأوزون عن طريق زرع تكوين هذه السحب ومنحها قطيرات أصغر وأكثر وفرة.

يمكن أيضًا تغليف جزيئات الدخان بمواد كيميائية مثل الكبريتات التي يمكن أن تقلل الأوزون من خلال التفاعل المباشر مع الكلور. أو يمكن للدخان أن يقوي بطريقة ما طوق من رياح الستراتوسفير تسمى الدوامة القطبية ، مما يزيد من برودة القطبين ويزيد من نضوبهما. يقول سميث إن آليات الخسارة تخمينية ، لكنها “قد تستغرق عامًا قويًا وتنقلب إلى عام شديد الصعوبة”.

لا يقتصر تأثير دخان الستراتوسفير بالضرورة على القطبين. عند خطوط العرض الوسطى ، يكون الستراتوسفير أعلى بكثير ، ومن الناحية النظرية أكثر عزلًا عن التلوث. لكن مع تفاقم حرائق الغابات ، كما يقول ويلكا ، قد يكون للدخان تأثير في تقليل طبقة الأوزون فوق خطوط العرض الوسطى ، موطنًا لمعظم سكان العالم ، مثلما حدث في عام 1991 من ثوران بركان جبل بيناتوبو. تضيف ما يكفي من الدخان والجزيئات الأخرى هناك ، كما تقول ، “يمكنك بالتأكيد البدء في قيادة هذه الكيمياء.”

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *