Как праховите частици от пожарите в Австралия достигат далечни краища на света

Австралия е континент, който често страда от опустошителни пожари. Последните такива започнаха през 2019 г. и продължиха през 2020 г., като милиони димни частици замърсиха въздуха. Голяма част от тях следват определени правила за движение и обикновено достигат земната повърхност след ден или дори седмица. Не всеки пожар обаче се подчинява на същите правила, защото не начинът, по който той гори, а локацията му има по-голямо значение. Природната стихия в някои райони на страната има потенциала и покрива с прахови частици цялото южно полукълбо, при това в продължение на месеци.

Двама израелски изследователи от научния институт „Weizmann“ правят проучване, свързано със състава на облаците от мръсен въздух, и се натъкват на изненадващи за тях рекордни стойности на някои параметри. Впоследствие стигат до заключението, че те се дължат именно на пожарите в точно определена област в Австралия.

Резултатите са публикувани в списание „Science“ и от тях става ясно, че точно там се създават „идеалните условия“, които причиняват бързото изтласкване на частиците до горния атмосферен слой и замърсяването на цялото южно полукълбо.

Фините прахови частици (ФПЧ), които достигат стратосферата, или горния атмосферен слой, най-често са резултат от вулканични изригвания. Тогава отделилата се пепел закрива слънцето и съответно охлажда планетата. Единствената наслада за човек в такива моменти са невероятно красивите залези.

Увеличаване на аерозолната оптична дълбочина (AOD)

Проф. Илан Корен от Департамента по земни и планетарни науки към института „Weizmann“, който провежда изследването заедно с д-р Ейтан Хирш, ръководител на направление „Околна среда“ към израелския институт за биологични проучвания в Нес Зиона, забелязва значително увеличаване на аерозолната оптична дълбочина (AOD) - сателитно измерване концентрацията на ФПЧ в атмосферата. През януари 2020 г. измерванията на AOD показват трикратно увеличение спрямо средните стойности, което е най-голямото достигано някога и по-драстично дори от замърсяването след унищожителното изригване на вулкана Пинатубо през 1991 г. По същото време не се наблюдава сериозна вулканична дейност никъде по света. Експертите имат подозрения, че пожарите са причина за наблюдаваното явление, макар да не е много вероятно пушекът да премине през тропосферата, особено в такива големи количества.

Промени в тропосферата и тропопаузата по време на пожари

Тропосферата представлява най-ниският атмосферен слой, който се простира от земната повърхност до височина от няколко километра. Ако мръсните частици в резултат на природната стихия успеят да се издигнат толкова високо, те достигат тропопаузата – слой на температурна инверсия, който разделя тропосферата от стратосферата.

Технология LIDAR

Двамата учени използват данни за аерозолната оптична дълбочина, снимки от няколко сателита, както и информацията, получена чрез метода LIDAR (Light Detection and Ranging), за да онагледят как праховите частици се разпределят по вертикала в различните слоеве на атмосферата. Проф. Корен и д-р Хирш се връщат назад към събитията, в търсене на първопричината, и така заключават, че горските пожари, разразили се в югоизточна Австралия са предизвикали пиковете в някои стойности, които по-рано забелязват.

Технологията LIDAR позволява дистанционно измерване на диапазони или разстояния от определена точка до земята с помощта на лазерни пулсации.

Как обаче тези частици успяват да проникнат в тропопаузата? Защо точно тези пожари? Д-р Хирш се връща към друг, по-отдалечен пожар, бушувал преди няколко години в Канада. Тогава също са отчетени високи нива на AOD. Общото между двата пожара е, че възникват на голяма ширина от поне 60°, далече от екватора.

Височината на тропосферата започва да намалява при тези ширини. Над тропиците горната й граница е само 18 км над земната повърхност, а някъде около 45-ия паралел и в двете полукълба рязко пада до 8-10 км. Изследователите смятат, че лесното преминаване на частиците през преходния слой се дължи именно на намаляващата му височина.

Купести облаци поемат енергия от пожарите и придвижват праховите частици

Проф. Корен и д-р Хирш определят купестите облаци, които се образуват вследствие на енергията, отделена при пожари, като едно от средствата за придвижването на пушека към стратосферата. Екипът забелязва още нещо – този вид облаци се формират само за един кратък интервал от общата продължителност на пожарите, като повече от тях избухват в централната част на крайбрежието. С други думи, облаците не обясняват огромните количества ФПЧ, изтласкани чак до стратосферата. Необходим е допълнителен механизъм, чрез който пушекът да достига високите атмосферни слоеве.

Роля на циклоните в умерените ширини

Тук се намесва вторият фактор – климатичните особености в област, известна като област на циклони в умерените ширини. Тя обхваща южната част на Австралия и се счита за един от най-буреносните региони на нашата планета. Първоначално пушекът се измества хоризонтално (процесът се нарича адвекция) към Тихия океан, благодарение на преобладаващите ветрове в ниския атмосферен слой. Част от него се преобразува в силно проводими облаци, които биват транспортирани до облаците в стратосферата. Тяхната проводимост се увеличава правопропорционално на концентрацията на аерозолните частици.

В по-ранно изследване авторите откриват, че проводимите облаци в екологично чисти области като тази над Южния океан са с „ограничена концентрация на аерозоли.“ Повишената концентрация на пушек вероятно играе роля на ядро, което поддържа процеса на кондензация на облака. По този начин се увеличава броят на облаците, които могат да проникнат в тропопаузата и да пренесат пушека в стратосферата.

Пътят, който изминават праховите частици след пожарите в Австралия

Веднъж попаднали там, частиците вече се намират в съвсем различни условия. Когато са разположени в по-ниските атмосферни слоеве, те са изцяло зависими от различните по посока и сила въздушни течения. Сега те са под въздействието на относителна постоянно линейно движение на въздуха, което ги изтласква на изток, над океана по посока Южна Америка и накрая към Индийския океан, а след това отново ги връща в Австралия. По своя път ФПЧ бавно се отлагат по повърхността на цялото полукълбо.

Д-р Хирш уточнява: „Хората в Чили също вдишват мръсни частици от пожарите в Австралия. Те просто се носят по безкрайното въздушно течение, което им позволява да достигнат много далечни точки, за разлика от ФПЧ, намиращи се в ниския атмосферен слой.

„За хората въздухът може просто да изглежда малко по-мръсен, а залезите – по-червени. Такива високи стойности на аерозолна оптична дълбочина обаче неминуемо водят до блокиране на слънчевата светлина, така както се случва при изригване на мощен вулкан”, пояснява проф. Корен. „Крайният ефект от частиците в атмосферата е, че настъпва охлаждане, макар че не знаем до каква степен понижаването на температурата и липсата на светлина влияят на моретата или климатичните явления.“

Проф Корен завършва: „Пожари бушуват постоянно – в Калифорния, в Австралия, в тропиците. Не можем да предотвратим всеки от тях, но е изключително важно да открием връзка, ако такава съществува, между тяхното местоположение и различните ефекти, които имат върху атмосферата.“