Cháy rừng ảnh hưởng đến tầng ozone của Trái đất như thế nào?

Một nghiên cứu mới cho thấy những đám khói cao chót vót được đưa vào tầng bình lưu do cháy rừng dữ dội có thể ăn mòn tầng o-zone (ô zôn) của Trái đất nhờ sự kết hợp mạnh mẽ giữa khói, hóa học khí quyển và tia cực tím.

Vào cuối năm 2019 và đầu năm 2020, bầu trời của Úc chuyển sang màu đen, bị tối bởi những cột khói cháy rừng dày đặc vươn đến tầng bình lưu. Sau đó, dữ liệu vệ tinh tiết lộ rằng khói từ những đám cháy rừng bằng cách nào đó đã phản ứng với các phân tử trong khí quyển để ăn mòn tầng o-zone của Trái đất. Nhưng chính xác nó đã xảy ra như thế nào thì chưa thể biết được.

Giờ đây, các nhà khoa học đã ghép các mảnh của những câu đố hóa học đó lại với nhau. Nhóm nghiên cứu cho biết khi ở tầng bình lưu, các hạt khói có thể tương tác với các khí ở tầng bình lưu cũng như sự phát thải kéo dài của các hóa chất phá hủy tầng ozone. Các nhà nghiên cứu báo cáo trên tạp chí Nature ngày 9 tháng 3. Thêm vào bức xạ mặt trời, và loại bia khói đó tạo ra các gốc clo, một loại hóa chất có khả năng tấn công và phá hủy tầng ozone.

Các nhà nghiên cứu ước tính, các sự kiện này tạo ra một chuỗi là nguyên nhân chính làm suy giảm khoảng 3 đến 5% tầng ôzôn ở các khu vực của Nam bán cầu trong năm 2020. Đó chỉ là một phần nhỏ của toàn bộ những điều ảnh hưởng đến tầng ozone - nhưng nó sánh ngang với quy mô tác động của việc con người phát thải chlorofluorocarbons ăn mòn tầng ozone vào thời kỳ hoàng kim của chúng, nhà hóa học khí quyển Susan Solomon của MIT cho biết.

Clorofluorocarbons đã từng được sử dụng trong máy điều hòa không khí và tủ lạnh, nhưng sự phát thải của chúng vào khí quyển đã dẫn đến một lỗ hổng lớn trên Nam Cực trong tầng o-zone bảo vệ của Trái đất, hạn chế lượng bức xạ tia cực tím của mặt trời chiếu tới bề mặt hành tinh.

Trong nghiên cứu mới, Solomon và các đồng nghiệp của bà đã so sánh các quan sát khí quyển về clo, ozone và các phân tử khác sau vụ cháy rừng ở Úc với các mô phỏng hóa học khí quyển. Các vệ tinh đã đo mức độ của một số hóa chất trong tầng bình lưu vào năm 2020 - không chỉ tầng o-zone mà còn cả khí hydro clorua và clo nitrat giữa những loại khí khác. Những cấp độ đó đã thu hút sự chú ý của Solomon.

Bà cho biết: “Những gì chúng tôi thấy ở Úc là sự sụt giảm đáng kể lượng hydro clorua” trong dữ liệu vệ tinh. “Tôi nghĩ rằng nơi này trông giống như Nam Cực. Làm thế nào điều này có thể xảy ra trên khắp nước Úc?”

Khí hydro clorua là sản phẩm của sự phân hủy chlorofluorocarbons, nó có thể tồn tại hàng thập kỷ trong tầng bình lưu. Môi trường lạnh giá ở Nam Cực là một phần quan trọng trong quá trình hình thành lỗ thủng tầng ozone, bởi vì nhiệt độ ở Nam Cực có thể khiến khí hydro clorua hòa tan vào các đám mây băng giá và di chuyển đến tầng bình lưu. Việc hấp thụ khí đó là điều cần thiết để bắt đầu chuỗi phản ứng hình thành các hóa chất làm suy giảm tầng ozone.

Bầu khí quyển ở Úc quá ấm đối với quá trình này - nhưng dữ liệu vệ tinh chỉ ra rằng có thứ gì đó vẫn đang loại bỏ khí hydro clorua khỏi khí quyển. Solomon và nhóm của bà nhận ra rằng thủ phạm là các hạt hữu cơ trong khói. Những hạt đó có thể hấp thụ khí hydro clorua ngay cả ở nhiệt độ ấm hơn, đây là khởi động tất yếu sẽ xảy ra cho chuỗi sự kiện này.

Với hydro clorua được hấp thụ, các hạt khói có thể đóng vai trò là chất xúc tác, giúp tăng tốc các phản ứng khác trong khí quyển. Đặc biệt, các hạt này thúc đẩy quá trình chuyển đổi của các khí chứa clo khác trôi nổi ở tầng bình lưu, chẳng hạn như clo nitrat và axit hypochlorous, những khí này có thể biến thành các hợp chất clo có khả năng phản ứng cao với ánh sáng của mặt trời.

Trộn bức xạ cực tím của mặt trời với các hợp chất clo mới đó sẽ tạo ra các gốc clo, các phân tử tự do đó có khả năng phản ứng hóa học cực mạnh — và đặc biệt là chúng thích tấn công các phân tử trong tầng ozone.

Solomon cho biết việc phát hiện ra quá trình phá hủy tầng ozone liên quan đến cháy rừng này là một trở ngại tiềm ẩn đáng lo ngại đối với việc phục hồi tầng ozone. Nghị định thư Montreal năm 1987 đã nhắm mục tiêu sử dụng chlorofluorocarbons, xong nó đã dần bị loại bỏ vào năm 2010, hành động này đã thành công và đáng khích lệ trong việc thu hẹp lỗ thủng tầng ozone ở Nam Cực. Bà cho biết, tầng ozone đã có dấu hiệu phục hồi kể từ đó, tăng trưởng trở lại theo thứ tự 1% mỗi thập kỷ.

Tuy nhiên, khói từ các vụ cháy rừng ở Úc ít nhiều đã “xóa sổ tất cả những công việc đó” trong năm, Solomon cho biết thêm.

Biến đổi khí hậu dự kiến ​​sẽ làm tăng cường độ và tần suất của các vụ cháy rừng trên toàn cầu, khiến nhiều đám mây lửa cao chót vót bay cao lên bầu trời. Solomon nói: “Nếu những đám cháy này chỉ xảy ra một lần, thì nó có thể không quá tệ” đối với việc phục hồi tầng ôzôn. “Nhưng nếu nó xảy ra cứ 5 năm một lần, thì đó là một câu chuyện khác.”

Ross Salawitch, một nhà hóa học khí quyển tại Đại học Maryland ở College Park, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết nghiên cứu giải thích một số quan sát vệ tinh xảy ra sau vụ hỏa hoạn ở Úc. Ông nói, nó làm sáng tỏ sự sụt giảm hydro clorua, cũng như sự gia tăng bất thường của các hợp chất clo khác như clo nitrat và clo oxit.

Nhưng điều quan trọng nhất ở đây đó là Salawitch nói cách phát hiện ra vai trò của các hạt hữu cơ có thể cải thiện hiểu biết của chúng ta về những gì kiểm soát kích thước của lỗ thủng tầng ozone. Ông nói, "điều này rất quan trọng không chỉ vì chúng tôi muốn biết chính xác các chi tiết, mà còn bởi vì “một trong những hậu quả đáng tiếc của sự nóng lên toàn cầu có thể là sự gia tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của các vụ cháy rừng.”