Поскольку разрушительные лесные пожары продолжают бушевать на западе США и Канады, группа инженеров-экологов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружила, что светопоглощающие органические твердые частицы, также известные как коричневый углеродный аэрозоль, содержатся в дыме лесных пожаров. теряет способность поглощать солнечный свет, чем дольше он остается в атмосфере.
Раджан Чакрабарти, доцент, и Брент Уильямс, заслуженный доцент InCEES по развитию карьеры Раймонда Р. Такера, оба ученые по аэрозолям в Департаменте энергетики, экологии и химической инженерии Школы инженерии и прикладных наук, и их лаборатории обнаружили, что коричневый углеродный аэрозоль меняет свои свойства с светопоглощающих на светорассеивающие, чем дольше он остается в атмосфере. При первом выбросе дым имеет коричневый цвет и оказывает согревающее воздействие на атмосферу. Но в течение нескольких дней в атмосфере дым постепенно становится белым и имеет значительно сниженный согревающий эффект. Образовавшийся белый дым примерно на 46 процентов снижает поглощение света по сравнению с коричневым дымом.
«Наше исследование ставит под сомнение влияние бурого углерода на потепление», - сказал Чакрабарти. «Если этот анализ жизненного цикла не принимать во внимание, климатические модели вполне могут привести к завышенным значениям потепления из-за этих аэрозолей».
Результаты исследования были опубликованы в ранней онлайн-публикации в журнале Environmental Science & Technology Letters 21 сентября.
Хотя ученые уже определили черный углерод или сажу как основной светопоглощающий и согревающий агент, меньше известно о влиянии бурого углерода от тлеющих лесных пожаров на атмосферу. По словам исследователей, существует много неопределенностей относительно роли этих аэрозолей в усилении потепления атмосферы.
Чакрабарти, Уильямс и члены их лаборатории сделали это открытие, сжигая топливо из торфяников, полученное из разных регионов Аляски с помощью Лесной службы США, в своей камере сгорания. Тлеющие торфяные пожары в бореальных лесах являются основным источником выбросов органических аэрозолей и углерода. В уникальной смоделированной среде команда изучала изменения в физике, химии, оптических свойствах и составе коричневого углеродного дыма в течение нескольких дней. Подвергая шлейфы дыма ультрафиолетовому излучению и окислителям, таким как озон, в фотохимическом реакторе, они могли имитировать естественные эффекты в атмосфере.
Когда дым впервые образовался от ожогов, он был грязно-коричневого цвета из-за того, как он поглощал более короткие видимые волны (от синего до зеленого).
«Мы увидели, что по мере того, как дым стареет в нашей смоделированной атмосфере, мы увеличиваем степень, в которой могут происходить химические изменения», - сказал Уильямс, директор Программы изменения климата Вашингтонского университета (WUCCP).«Поскольку эта химия происходит в атмосфере, частицы дыма с течением времени становятся светлее. Если бы частицы всегда оставались коричневыми, они продолжали бы способствовать потеплению, потому что поглощают больше радиации. Если через несколько дней в атмосфере они становятся белыми, они начинают способствовать охлаждению, рассеивая больше радиации."
Чакрабарти сказал, что результаты будут полезны ученым для точной настройки климатических моделей и алгоритмов поиска спутников. Это также поможет нескольким федеральным агентствам разобраться в лесных пожарах.
«Лесные пожары станут основным источником загрязнения воздуха из-за десятилетий тушения пожаров и увеличения запасов топлива», - сказал Чакрабарти. «Мы в определенной степени контролировали регулярные выбросы, например, от транспортных средств и промышленных предприятий, но это природа, и ее очень трудно контролировать».
Уильямс сказал, что давнее управление земельными ресурсами на западе и потепление в северной части страны привели к увеличению использования горючих видов топлива, поскольку изменение климата стало более распространенным.
«Такие события, как засухи, наводнения и инвазивные вредители, могут убить вашу растительность, поэтому у вас есть стоячая мертвая растительность с целой лесной подстилкой, полной топлива», - сказал Уильямс. «Все наши модели предсказывают, что эти пожары станут более экстремальными. В дополнение к последствиям для климата, которые были в центре внимания этого исследования, районы управления качеством воздуха также очень обеспокоены последствиями для здоровья сообществ, которые будут иметь более плохое качество воздуха. из-за этих лесных пожаров."