MIT化学家们显示"黑夏"大火在2020年将臭氧洞扩大了10%

麻省理工学院的化学家表明，澳大利亚的野火在2020年使臭氧洞扩大了10%。一场野火可以将烟雾抽到平流层，颗粒在那里漂移超过一年。麻省理工学院的一项新研究发现，当悬浮在那里时，这些颗粒可以引发化学反应，侵蚀保护地球免受太阳破坏性紫外线辐射的臭氧层。

麻省理工学院的一项研究发现，平流层中的烟雾颗粒可以引发化学反应，侵蚀臭氧层--2020年，来自澳大利亚野火的烟雾颗粒使臭氧洞扩大了10%。这张地图显示了2022年10月5日南极上空臭氧洞的大小和形状。资料来源：美国宇航局地球观测站图片，Joshua Stevens。由麻省理工学院新闻网编辑。

这项研究于3月8日发表在《自然》杂志上，重点关注澳大利亚东部"黑夏"大火的烟雾，该大火从2019年12月燃烧到2020年1月。这些火灾--该国有记录以来最具破坏性的火灾--烧毁了数千万英亩的土地，并将超过100万吨的烟雾送入大气。

麻省理工学院的研究小组发现了一种新的化学反应，澳大利亚野火的烟雾颗粒使臭氧消耗更加严重。通过触发这种反应，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减少了3-5%。

研究人员的模型还表明，火灾对极地地区产生了影响，侵蚀了南极洲上空臭氧洞的边缘。到2020年底，来自澳大利亚野火的烟雾颗粒使南极洲的臭氧洞扩大了250万平方公里--与前一年相比，其面积扩大了10%。

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，由于国际社会持续努力逐步淘汰消耗臭氧的化学品，臭氧洞和世界各地的臭氧消耗正在恢复的轨道上。但麻省理工学院的研究表明，只要这些化学品在大气中持续存在，大火就可能引发暂时消耗臭氧的反应。

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："2020年的澳大利亚大火确实为科学界敲响了警钟，野火的影响以前在[对]臭氧恢复的预测中没有考虑到。而且我认为这种影响可能取决于火灾是否随着地球变暖而变得更加频繁和激烈。"他是一位领先的气候科学家，首次发现了导致南极臭氧洞的化学物质。

这项研究由所罗门和麻省理工学院研究科学家凯恩-斯通领导，合作者来自中国广州环境与气候研究所、美国国家海洋和大气管理局、美国国家大气研究中心和科罗拉多州立大学。

氯气级联

这项新的研究扩展了所罗门和她的同事在2022年的一项发现，他们首次发现了野火和臭氧耗损之间的化学联系。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--最终的消耗臭氧的分子。他们的研究结果表明，澳大利亚的野火很可能通过这种新发现的化学反应消耗了臭氧。

"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反应是完全不正常的。"

在新的研究中，该团队仔细观察了澳大利亚野火发生后平流层中的分子组成。他们梳理了三组独立的卫星数据，并观察到在火灾发生后的几个月里，中纬度地区的盐酸浓度明显下降，而一氧化氯的浓度则激增。

盐酸（HCl）存在于平流层中，因为氟氯化碳会随着时间自然分解。只要氯气以盐酸的形式结合，它就没有机会破坏臭氧。但是，如果氯化氢破裂，氯就会与氧气反应，形成消耗臭氧的一氧化氯。

在极地地区，当氯化氢在大约155开的寒冷温度下与云颗粒的表面相互作用时，它可以破裂。然而，这种反应预计不会发生在中纬度地区，那里的温度要高得多。中纬度地区的氯化氢以前所未有的数量下降，这对我来说是一个危险的信号。

她想知道。如果氯化氢也能与烟雾颗粒相互作用，在更高的温度下，以释放氯气的方式破坏臭氧，那会怎么样？如果这种反应是可能的，它将解释分子的不平衡和澳大利亚野火之后观察到的大部分臭氧消耗。

烟雾弥漫的漂移

所罗门和她的同事们翻阅了化学文献，看看什么样的有机分子能够在较高的温度下与氯化氢发生反应，从而将其分解。了解到盐酸在整个广泛的有机物种中是非常可溶的，它喜欢粘附在许多化合物上。

那么问题来了，澳大利亚的野火是否释放了任何可能引发氯化氢破裂和任何后续臭氧消耗的化合物。当研究小组在火灾发生后的头几天观察烟雾颗粒的组成时，情况却很不清楚。

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，与氯化氢浓度下降的地区和时间相同。

"真正吸收了大量氯化氢的是老化的烟雾颗粒，"所罗门说。"令人惊讶的是，你在臭氧洞中得到的同样的反应，但是在中纬度地区，在更温暖的温度下。"

当研究小组将这种新的化学反应纳入一个大气化学模型，并模拟澳大利亚野火的情况时，他们观察到中纬度地区整个平流层的臭氧消耗了5%，而南极洲上空的臭氧洞扩大了10%。

与氯化氢的反应可能是野火消耗臭氧的主要途径，可能还有其他含氯的化合物漂浮在平流层中，野火可以释放出来。

"现在有点像与时间赛跑，"所罗门说。"希望在火灾频率随着气候变化增加之前，含氯化合物已经被销毁。这就更有理由对全球变暖和这些含氯化合物保持警惕"。