Лесные пожары широко распространены по всему миру. Они возникают в местах, где много растений, например, в бушующих пожарах в бразильской Амазонии. Такое сжигание биомассы (BB) может стать экологическим бедствием.
Дым от событий BB производит большое количество аэрозольных частиц и газов. Эти выбросы могут вызвать серьезные проблемы с видимостью и здоровьем, а также с местным и глобальным климатом.
Ожидается, что выбросы BB в будущем увеличатся в результате изменения климата. По оценкам, битумные шарики, представляющие собой микроскопические органические частицы BB, составляют до 30% массы аэрозоля BB. Поскольку смолистые шарики являются преобладающим светопоглощающим типом аэрозольных частиц в дыме ВВ, понимание их влияния на климат имеет решающее значение. Но подробности того, как они формируются и влияют на изменение климата, остаются неясными.
Старший научный сотрудник Кодзи Адачи, в настоящее время работающий в Институте метеорологических исследований в Цукубе, Япония, был научным сотрудником с докторской степенью с 2005 по 2011 год у профессора Питера Бусека из Школы молекулярных наук и Школы исследования Земли и космоса Аризонского государственного университета..
Их работа привлекла внимание коллег из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики в Аптоне, штат Нью-Йорк. Главные исследователи Артур Седлачек III и Лоуренс Кляйнман при поддержке Программы атмосферных наук планировали полевую кампанию «Оперативный период сжигания биомассы» (BBOP), в ходе которой оснащенный приборами самолет будет измерять быстрые химические изменения в дыме лесных пожаров.
Седлачек и Клейнман обратились к Бусеку с предложением об участии в BBOP, так как стратегия выборки предоставила идеальную лабораторию в небе для изучения образования tarball.
Результаты, опубликованные в Интернете 5 сентября, содержатся в статье Proceedings of the National Academy of Sciences, озаглавленной «Сферические частицы смолы образуются в результате быстрых химических и физических изменений органического вещества в дыме, сжигающем биомассу».
Наблюдения группы показывают, что смолистые шарики образуются в результате сочетания химических и физических изменений органических аэрозолей, образующихся в течение первых часов после образования дыма.
Я так рад, что тарболы, предмет этой статьи, впервые были описаны в статьях 2003 года, в которых аспирант химического факультета ASU Ли Цзя и научный сотрудник Михали Посфаи, получивший докторскую степень, внесли основной вклад; таким образом, Школа молекулярных наук и Школа исследования Земли и космоса сыграли важную роль», - сказал Бусек.
Бьюсек, профессор-регент ASU, в этом месяце также получает медаль Роблинга 2019 года, высшую награду Минералогического общества Америки за выдающиеся оригинальные исследования в области минералогии.
«Это исследование частиц смолы и возможного воздействия на изменение климата еще раз демонстрирует широту и разнообразие исследований Бусека», - сказал директор Школы исследования Земли и космоса Минакши Вадхва. «От геохимии твердого тела и минералогии до геохимии атмосферы и космохимии он постоянно доказывает, что является пионером в своей области».
«Питер Бусек и его группа разработали использование просвечивающей электронной микроскопии для изучения минералов, метеоритов и аэрозольных частиц уникальным интересным способом», - сказал профессор Нил Вудбери, директор Школы молекулярных наук. «Текущие результаты его команды по образованию смолы являются хорошим примером и значительно улучшат оценку воздействия сжигания биомассы на региональный и глобальный климат."
Tarballs, используемые в этом исследовании, были собраны во время крупных лесных пожаров во время кампании BBOP летом 2013 года на северо-западе США. Используя исследовательский самолет Gulfstream-1, команда собирала аэрозольные частицы лесных пожаров во время повторных полетов через дымовые шлейфы. Форма и состав более 10 000 частиц были измерены с помощью просвечивающей электронной микроскопии, а детальный химический анализ tarballs был проведен с использованием сканирующей просвечивающей рентгеновской спектроскопии.
Анализ показывает, что доля аэрозольных частиц, представляющих собой tarballs, увеличивается с возрастом частиц. Кроме того, соотношение азота и кислорода в тарболе по отношению к калию, а также округлость частиц также увеличиваются с возрастом частиц.
Итак, ожидается, что выбросы BB, включая битумные шарики, увеличатся в ближайшие десятилетия в результате изменения климата. Это исследование раскрывает процесс их образования посредством химического и микрофизического анализа. Полученные результаты могут быть использованы для улучшения интерпретации дыма BB по спутниковым данным и наземным наблюдениям путем учета изменений формы, вязкости и состава смолы во время старения, а также для обеспечения более точных оценок их воздействия в климатических моделях..