Исследователи обнаружили, что йод в пустынной пыли разрушает озон

Когда ветры поднимают мелкую пустынную пыль высоко в атмосферу, содержащийся в ней йод может запускать химические реакции, разрушающие часть загрязнителей воздуха, но также способствующие более длительному сохранению парниковых газов. Это открытие, опубликованное сегодня в журнале Science Advances, может заставить исследователей пересмотреть влияние частиц с суши на химию атмосферы.

"Йод, тот же химический элемент, который добавляют в поваренную соль как питательное вещество, уничтожает озон в запыленном воздухе высоко в атмосфере", — заявил Райнер Фолькамер, научный сотрудник CIRES и профессор химии в CU Boulder. Он возглавлял команду, которая несколько лет назад провела прецизионные атмосферные измерения с самолета над восточной частью Тихого океана. По его словам, новое открытие имеет значение не только для качества воздуха, но и для климата — химические реакции с участием йода могут увеличивать время жизни парниковых газов и заставляют переосмыслить геоинженерные проекты, связанные с пылью.

"Наше понимание цикла йода неполно, — отметил Фолькамер. — Существуют наземные источники и химические процессы, о которых мы не знали и которые теперь должны учитывать".

Исследователей атмосферы давно интересовало наблюдение, что запыленные слои воздуха часто содержат очень мало озона — загрязнителя, который в высоких концентрациях может повреждать легкие людей и даже посевы. Казалось, что какая-то химия на поверхности пыли поглощает озон, но никому не удавалось продемонстрировать это в лабораторных экспериментах. "Другие высказывали предположения, но было много сомнений", — сказал Фолькамер. В то же время лабораторные эксперименты давно показали, что газообразный йод может поглощать озон, но связь между пылью и йодом оставалась лишь предположительной.

Дополнительные намеки на этот процесс содержались в данных 2012 года, полученных в ходе серии полетов самолета у побережья Чили и Коста-Рики. В пыли, выдуваемой с территории Южной Америки, были обнаружены поразительные уровни газообразного йода. Фолькамер передал эти данные тогдашнему аспиранту CU Boulder Теодору Кенигу, ведущему автору данного исследования. Кениг описывает эти данные как одно из набора размытых фотографий, которыми обмениваются химики атмосферы по всему миру. Например, на одном "снимке" "йод, казалось, коррелировал с пылью... но не абсолютно четко". Повсюду пыль, казалось, разрушала озон, но почему? "Йод и озон явно связаны, но не было никаких 'фотографий', где были бы и то, и другое, и пыль", — сказал Кениг, ныне исследователь загрязнения воздуха в Пекинском университете в Китае.

По его словам, данные полевой кампании TORERO ("Тропический обмен реактивными галогенами и кислородсодержащими углеводородами в тропосфере океана", финансируемой Национальным научным фондом США) наконец запечатлели всех трех "персонажей" вместе на одном "изображении". Стало ясно, что там, где пустынная пыль (например, из пустынь Атакама и Сечура в Чили и Перу) содержала значительные уровни йода, он быстро превращался в газообразную форму, а уровень озона падал до очень низких значений. Но как именно этот йод, связанный с пылью, трансформировался? "Механизм все еще остается неуловимым, — признал Фолькамер. — Это работа на будущее".

Таким образом, картина снова получилась размытой, отметил Кениг, но все же наука стала острее, чем была. "У меня в конце проекта больше вопросов, чем в начале, — сказал он. — Но они лучше, более конкретные".

И они очень важны для всех, кто интересуется будущим атмосферы, подчеркнул Фолькамер. Известно, что реакции йода в атмосфере играют роль в снижении концентраций OH-радикалов, что, в свою очередь, может увеличивать время жизни метана и других парниковых газов. Возможно, что еще важнее, различные геоинженерные идеи предполагают инжекцию частиц пыли высоко в атмосферу Земли для отражения поступающего солнечного излучения. Там, в стратосфере, озон не загрязнитель; напротив, он образует критически важный "озоновый слой", который помогает защищать планету от излучения.

Если йод из пыли будет химически трансформироваться в форму, разрушающую озон, в стратосфере, "это было бы нехорошо, так как это могло бы замедлить восстановление озонового слоя, — сказал Фолькамер. — Давайте избегать антропогенного попадания йода в стратосферу".