Các trận cháy rừng ở Úc năm 2019 và 2020 đã khiến thế giới kinh hoàng khi các trận cháy rừng lan rộng, hoành hành và phá hủy thảm thực vật và nhà cửa, giết chết hàng tỷ động vật. Đã có hơn 17 triệu ha đất bị thiêu hủy và hơn 1 triệu tấn các hạt khói (hạt vật chất lơ lửng sinh ra sau quá trình đốt cháy không hoàn toàn) đã bị thải ra vào bầu khí quyển.
Những đám mây khói khổng lồ hình pyrocumulonimbus đã đi vào bầu khí quyển tới tận 35 km, đi sâu vào tầng bình lưu, nơi có tầng ôzôn. Khối lượng và mức độ của các hạt bụi bay lên tầng bình lưu có thể so sánh với ảnh hưởng của một vụ phun trào núi lửa.
Trong nghiên cứu trước đây, Susan Solomon, Giáo sư Nghiên cứu Môi trường Lee và Geraldine Martin tại Viện Công nghệ Massachusetts đã phát hiện ra rằng, các hạt vật chất phun ra trong quá trình phun trào núi lửa có thể phá hủy tầng ôzôn thông qua một loạt phản ứng hóa học.
Những hạt vật chất nhỏ bé này tập hợp hơi ẩm trên bề mặt của chúng và một khi ẩm ướt, chúng cung cấp diện tích bề mặt cho nhiều phản ứng giữa các hạt trong tầng bình lưu, bao gồm cả những phản ứng mà đỉnh điểm là sự làm phá thủng tầng ôzôn. Sau khi đám cháy ở Úc lắng xuống vào tháng 3/2020, cô tự hỏi liệu các hạt khói từ đám cháy có gây ra tác động tương tự và đẩy nhanh quá trình suy giảm tầng ôzôn hay không?
Khói từ các trận cháy rừng là "chất xúc tác" phá hủy tầng ôzôn
Trong một nghiên cứu mới, Solomon và một nhóm các nhà khoa học khí quyển từ MIT xác nhận khói từ các đám cháy kinh hoàng gây ra các phản ứng hóa học trong tầng bình lưu, góp phần làm phá hủy tầng ôzôn. Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên thiết lập mối liên hệ hóa học giữa khói cháy rừng và sự suy giảm tầng ôzôn.
Sau khi đám cháy lắng xuống vào tháng 3/2020, các nhà khoa học ghi nhận sự giảm mạnh khí NO2 trong tầng bình lưu. Đây là bước đầu tiên trong hàng loạt các phản ứng dẫn tới suy giảm tầng ôzôn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, sự sụt giảm NO2 tương quan trực tiếp với lượng khói bay vào tầng bình lưu từ các đám cháy.
Theo đó trong quá trình phun trào núi lửa, các hạt nhỏ tạo ra bề mặt cho các phản ứng hóa học tạo thành axit nitric (HNO3) từ dinitrogen pentoxit (N2O5), một chất hóa học lưu thông trong tầng bình lưu. N2O5 thường phản ứng dưới ánh sáng mặt trời và tạo ra các hợp chất khác nhau của nitơ, bao gồm NO2 làm giảm tác dụng của khí chứa clo và là nguyên nhân phá hủy ôzôn.
Do đó khi khói núi lửa chuyển đổi N2O5 thường thành HNO3, nồng độ NO2 giảm và điều này khiến các khí chứa clo trở nên dư thừa. Các khí chứa clo này có thể kể đến như CFC và HCFC. Đây đều là tác nhân chính do con người tạo ra và đe dọa phá hủy tầng ôzôn.
Ngay sau khi các nhà khoa học về khí quyển ghi nhận sự suy giảm của NO2 trong tầng bình lưu sau các đám cháy, họ đã dự đoán điều này sẽ dẫn đến sự phá hủy của tầng ôzôn, giống như được ghi nhận sau các vụ phun trào núi lửa. Trên thực tế, trong nghiên cứu, các nhà khoa học ước tính phản ứng dây chuyền hóa học do các hạt khói trong tầng bình lưu sẽ làm suy giảm lượng ôzôn đi 1%.
Giáo sư Solomon, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Một khi có ít NO2 hơn, sẽ có nhiều khí clo monoxit (ClO) hơn, và điều đó sẽ làm cạn kiệt ôzôn".
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phép đo NO2 ở tầng bình lưu do ba vệ tinh độc lập khảo sát ở Nam bán cầu trong những khoảng thời gian khác nhau. Họ so sánh hồ sơ của từng vệ tinh trong thời gian sau vụ cháy ở Úc. Cả ba đều cho thấy mức NO2 giảm đáng kể vào tháng 3/2020. Đối với hồ sơ của một vệ tinh, dữ liệu trong tháng đó là mức thấp kỷ lục trong số các lần quan sát trong 20 năm qua.
Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng mô hình toàn cầu, ba chiều để mô phỏng những hậu quả tiềm tàng của khói cháy rừng đối với khí quyển. Mô hình này lập bản đồ hàng trăm phản ứng hóa học diễn ra trong khí quyển, từ bề mặt Trái đất lên đến tầng bình lưu.
Là một phần của bài thử lập mô hình, họ đã đưa các "đám mây hạt khói" vào mô hình để bắt chước các quan sát từ đám cháy. Họ giả định các hạt giống như sol khí núi lửa sẽ tập hợp độ ẩm và sau đó họ tiến hành chạy mô hình nhiều lần để so sánh kết quả, có và không có đám mây khói.
Trong mọi mô phỏng kết hợp khói cháy rừng, nhóm nghiên cứu nhận thấy khi khối lượng các hạt khói tăng lên trong tầng bình lưu, nồng độ NO2 giảm xuống, khớp chính xác với các quan sát thời gian thực do ba vệ tinh thực hiện.
Solomon chia sẻ: "Hành vi mà chúng tôi thấy, đó là lượng sol khí và NO2 ngày càng ít hơn, trong cả mô hình và dữ liệu. Đó là dấu hiệu rất dễ nhận thấy. Đây là lần đầu tiên khoa học thiết lập một cơ chế hóa học liên kết giữa khói lửa cháy rừng với sự suy giảm tầng ôzôn. Nó có thể chỉ là một cơ chế hóa học trong số nhiều cơ chế nhưng rõ ràng là có".
Đáng buồn thay, việc mất đi 1% tầng ôzôn do hậu quả của khói lửa ở Úc tương đương với sự phục hồi của tầng ôzôn diễn ra kể từ khi có thỏa thuận Nghị định thư Montreal về việc ngừng sản xuất khí làm suy giảm tầng ôzôn.
Do đó, hậu quả của vụ cháy gần như đã phá hủy toàn bộ những thành quả đã đạt được. Đó là chưa kể biến đổi khí hậu sẽ còn dẫn đến hiện tượng cháy rừng thường xuyên hơn trong tương lai và sự suy giảm tầng ôzôn sẽ tiếp tục trở thành vấn đề nghiêm trọng hơn.
Solomon cho biết: "Các đám cháy ở Úc có vẻ là sự kiện lớn nhất cho đến nay nhưng khi thế giới tiếp tục ấm lên, có lý do để nghĩ rằng những đám cháy này sẽ trở nên thường xuyên hơn và dữ dội hơn. Đó là một lời cảnh tỉnh khác, giống như lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực".
Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences mới đây.
Tham khảo Earth
