قد يتسبب دخان حرائق الغابات في تدفئة الأرض لفترة أطول مما كنا نظن

حرائق الغابات هي مصدر رئيسي لتلوث الهواء. ومن المتوقع أيضًا أن تزداد سوءًا مع تقدم تغير المناخ.

يوجد داخل جزيئات الدخان التي تنتجها هذه الحرائق مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية العضوية المعروفة باسم “الكربون البني”. يمتص الكربون البني ضوء الشمس ، وبذلك يساهم في الاحتباس الحراري.

بمرور الوقت ، يتم تبييض الكربون البني عن طريق التفاعلات الكيميائية مع المؤكسدات في الغلاف الجوي (مثل الأوزون) ويصبح أبيض. هذا يعني أنه يتوقف عن امتصاص الضوء ويتوقف عن تدفئة الأرض.

تعتمد عملية التبييض هذه بشكل كبير على الظروف الجوية ، والتي تختلف باختلاف المناطق. كلما طال الوقت الذي يستغرقه الكربون البني ليصبح أبيضًا ، زاد تأثيره على البيئة.

ككيميائيين في الغلاف الجوي يعيشون في منطقة ملوثة بشكل متكرر بدخان حرائق الغابات ، أردنا معرفة المزيد عن هذه التأثيرات. لقد عملنا مع كيميائيي الغلاف الجوي في جامعة تورنتو وجامعة ولاية أوكلاهوما ، جنبًا إلى جنب مع واضعي نماذج الغلاف الجوي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لمعرفة المدة التي تستغرقها عملية التبييض وتأثيرات الغلاف الجوي.

الهباء الجوي والمناخ

الهباء الجوي هو سائل مجهري وجزيئات صلبة معلقة في الغلاف الجوي. إنها أصغر من عرض شعرة الإنسان ، لكنها لا تزال تتكون من العديد من الجزيئات.

توجد جزيئات الهباء الجوي في كل مكان ولها تأثير كبير على كل من الصحة والمناخ. عندما تتفاعل جزيئات الهباء الجوي مع الضوء ، يتم امتصاص جزء من الضوء ولكن الباقي ينعكس ويشتت من الجسيمات.

بالنسبة لمعظم أنواع جزيئات الهباء الجوي ، فإن الكمية التي يتم امتصاصها لا تذكر. هذا يعني أن الكثير من الضوء ينعكس مرة أخرى إلى الفضاء. من خلال هذه الآلية ، يخفي بعض التلوث الذي نخلقه التأثير الكامل لغازات الدفيئة.

ومع ذلك ، فإن بعض جزيئات الهباء الجوي ملونة ، مما يعني أنها تمتص بعض الضوء. أي ضوء من الشمس يتم امتصاصه بدلاً من انعكاسه مرة أخرى في الفضاء يتحول إلى حرارة ويدفئ الكوكب.

تحتوي جزيئات الهباء الجوي من الدخان على الكربون البني. تشبه الجزيئات المختلفة التي يتكون منها الكربون البني بعض الأصباغ العضوية ، مما يمنحه بشكل عام لونًا بنيًا مميزًا. ومع ذلك ، عندما يتفاعل الأوزون في الغلاف الجوي مع الكربون البني ، فإنه يمكن أن يحوله إلى جزيئات جديدة عديمة اللون لا تدفئ الأرض.

رد فعل أبطأ بشكل ملحوظ

كان من المفترض سابقًا أن التفاعلات بين الكربون البني والأوزون كانت سريعة نسبيًا. في غضون يوم واحد من انبعاثه من حريق ، سيتوقف الكربون البني في الغالب عن امتصاص الإشعاع الشمسي. ولكن الآن ، من خلال مجموعة من التجارب المعملية ومحاكاة الغلاف الجوي ، من الواضح أن التفاعل بين الكربون البني والأوزون يمكن أن يكون أبطأ بشكل ملحوظ.

أظهرت التجارب على دخان خشب الصنوبر أن الكربون البني فقد لونه بسرعة عند تعرضه للأوزون في بيئة دافئة ورطبة. على العكس من ذلك ، عندما انخفضت درجة الحرارة والرطوبة ، بقي الكربون البني.

وذلك لأن درجة الحرارة والرطوبة يغيران لزوجة جزيئات الهباء الجوي. تؤدي الظروف الرطبة إلى امتصاص الكثير من الماء في الجزيئات ، ونتيجة لذلك تصبح شديدة السيولة. ولكن إذا أزيلت تلك المياه وأصبح الهباء الجوي باردًا ، فإنها تصبح شديدة اللزوجة ، مثل دبس السكر – أو حتى الزجاج في الظروف القاسية.

بالنسبة لعامل مؤكسد مثل الأوزون لتبييض الكربون البني ، يحتاج الأوزون إلى الاختراق والخلط داخل جزيئات الدخان. عندما تصبح جزيئات الدخان لزجة ، تستغرق المواد المؤكسدة وقتًا طويلاً للغاية لتختلط – أكثر من عام في بعض الحالات.

على ارتفاعات أقل من كيلومتر واحد في الغلاف الجوي ، تكون الظروف دافئة ورطبة نسبيًا ، لذلك غالبًا ما تكون جزيئات الدخان غير شديدة اللزوجة ويتسبب في تبييض الكربون البني بسرعة. ولكن على ارتفاعات أعلى يكون الهواء أكثر برودة وجفافًا. عندما تصل جزيئات الدخان إلى هذه المرتفعات ، يمكن أن تصبح شديدة اللزوجة ويمكن أن تكون عملية التبييض بطيئة جدًا بحيث لا تحدث عمليًا.

النمذجة الجوية

تختلف النتيجة اختلافًا كبيرًا عندما وضعنا هذا الكربون البني الجديد طويل الأمد في نموذج الغلاف الجوي الذي يحاكي انتقال الهباء الجوي حول الكوكب وكيف تتفاعل مع الإشعاع الشمسي. تظهر النتائج الجديدة تأثير الاحتباس الحراري على المناخ من الكربون البني الذي هو ضعف التقدير السابق.

يمثل هذا جزءًا مهمًا آخر من أحجية المناخ.

يحدد إطار عمل حدود الكواكب التابع لمركز ستوكهولم للصمود العمليات التي تنظم استقرار ومرونة نظام الأرض. يتم تصنيف الهباء الجوي كواحد من تسعة طرق رئيسية يغير بها البشر البيئة ، لكن الخطر الإجمالي الذي يشكلونه لا يزال غير محدد كمياً في إطار حدود الكواكب.

يمكن أن تقربنا الأبحاث على الهباء الجوي من فهم تأثيرها الكلي على البيئة ، مما سيجعلنا أكثر استعدادًا وأفضل تجهيزًا للتعامل مع مستقبل كوكبنا.