山火事の煙がオゾンを破壊する

20 世紀半ば、人類はクロロフルオロカーボン (CFC) を大気中に放出しました。 1980 年代までに、CFC は地球のオゾン層を蝕み、地球上の安全と健康を危険にさらしました。 世界的な規制や禁止措置が被害を修復し始めているが、新たな研究結果は、ますます深刻化する山火事が進歩を遅らせている可能性を示唆している。

「これは私たちが注目しているまったく新しい化学です。」

山火事の煙を含む液滴は、成層圏で塩素の小さな反応室のように作用し、中緯度全域でオゾンを分解する元素の反応性形態を生成すると、研究者らが『Nature』誌に報告した。

この化学メカニズムは「これまでに観察されたことがなかった」と、研究共著者で大気科学者であるマサチューセッツ工科大学のケイン・ストーン氏は述べた。 「これは私たちが注目しているまったく新しい化学です。」

地球の温暖化に伴って大規模な山火事がより頻繁に発生すると予想されており、この新たな発見により、火災の激化により、地表とその住民を有害な紫外線（UV）放射から守る成層圏のオゾン層の回復が滞る可能性があるという懸念が生じている。

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かつてはエアゾール スプレーや冷媒に広く使用されていた CFC は、炭素、塩素、フッ素を含む単純な化学物質です。 これらの化学物質が成層圏に上昇すると、紫外線によって化学物質が分解され、塩素が放出されます。 単一の塩素原子が大気中に放出されると、100,000 個以上のオゾン分子を破壊する可能性があります。

塩素原子は、塩酸または亜硝酸塩素の分子になると、オゾンの破壊を停止します。 これら 2 つの化学物質は通常、オゾンと反応しません。 しかし、エアロゾル粒子は化学反応を促進し、オゾンに安全な形態の塩素をより反応性の高い化合物に変換します。 これは、空気中から塩酸と硝酸塩素を取り出し、それらを他の化学物質の近くに置くことで反応を加速させます。 この変化は主に極の上空にある成層圏の雲で問題となる。雲には液体や氷のエアロゾルが多く含まれており、塩酸や硝酸塩素に遭遇するとオゾン分解に大きく寄与する。 火山灰などの他のエアロゾルも問題を引き起こす可能性があります。

オーストラリアでの悲惨な2020年の山火事シーズンの後、記録的な低レベルの塩酸や南の中緯度でのオゾンの低下など、「成層圏で本当に異常な化学反​​応が起こっていることが観察された」とストーン氏は述べた。

ストーン氏らは、山火事の煙エアロゾルが異常な観察を説明できるのではないかと考えた。 中緯度以上では通常、塩酸や硝酸塩素が水や氷のエアロゾルに光るには暖かすぎるため、それらが反応してオゾン分解性化学物質を生成することは通常ありません。 しかし、山火事の煙にはアルコールや有機酸などのエアロゾル化した炭素ベースの液体が多く含まれており、高温では水よりも塩酸をより容易に吸収する可能性があります。 山火事の煙は塩素化学物質の反応面を提供することでオゾン分解を促進する可能性があります。

オゾン層破壊に関しては、「誰も山火事や煙について真剣に考えていなかった」。

これらの有機物がオゾン層破壊を促進しているかどうかを確認するために、科学者らは、さまざまな炭素ベースの液体における塩酸の溶解度に関する数十年前の古い実験室測定値（主に 1950 年代と 1960 年代に行われたもの）を掘り起こしました。 彼らはこれらのデータを、2020 年のオーストラリア火災後の大気化学のコンピューター シミュレーションに組み込み、結果を実際の測定値と比較しました。

有機液体中の塩酸の溶解度がより高いことをシミュレーションで考慮した結果、「観察で見たものに非常に近い結果が得られた」とストーン氏は述べた。

この発見は、オーストラリアの山火事からの煙により、中緯度南部のオゾン層の約 3% ～ 5% が破壊されたことを示唆しています。

ドイツのライプニッツ対流圏研究所のライダー専門家アルバート・アンスマン氏は、山火事の強い煙がそもそも成層圏に到達する可能性があることを研究者が認識し始めたのは、ここ5～7年のことだと述べた。アンスマン氏は今回の新たな研究には関与していない。

オゾン層破壊に関しては、「誰も山火事や煙について真剣に考えていなかった」と彼は言う。

1987年に国連がモントリオール議定書の可決によりCFCを制限することを全会一致で決定して以来、CFCは徐々に消滅してきました。オゾン層は、南極では2060年代半ばまでに、北極では2045年までに1980年代以前の状態に戻る軌道に乗っています。 、そして2040年までに他の場所でも。

しかし、ストーン氏とアンスマン氏は、気候変動がその回復を複雑にする可能性があると述べた。 北方林などの火災が発生しやすい地域の多くでは、気候変動により火災の頻度と規模が激化すると予想されています。

また、火災は発生した地域だけでオゾンを破壊するわけではない。遠く離れた火災からの煙は、中緯度よりも極地でさらに大きな被害をもたらす可能性があるとアンスマン氏は指摘した。 同氏と同僚らは、大規模な山火事（および極地成層圏の雲との相乗効果）を南極大陸の10～30％のオゾン層破壊と関連づけている。

科学者たちは、煙が成層圏でどのように挙動するか、また煙がオゾンとどのように相互作用するかについてまだ研究中です。 ストーン氏は、将来、気候変動により山火事が激化する中、オゾン回復がどのように反応するかをテストすることが重要になるだろうと述べた。 塩素化学物質が有機液体にどの程度溶けるかに関する古い研究を更新することも重要である、と同氏は付け加えた。

山火事とオゾン層破壊とのおそらく直観的ではない関連性は、気候変動が自然界を支配するフィードバック ループの網に波及するにつれて、将来何が起こるかを言うのが難しいことを示しています。

—エリーズ・カッツ (@elisecutts)、サイエンス ライター