В 2023 году в Канаде был зафиксирован худший за всю историю наблюдений сезон лесных пожаров. Из-за них образовалось столько дыма, что он распространился через национальные границы в Соединённые Штаты. Временами густая дымка окутывала большую часть восточного побережья США и приводила к объявлениям о «Коде фиолетового» и «Коде тёмно-бордового» — это самые опасные категории предупреждений о качестве воздуха в регионе Вашингтона, округ Колумбия.
Группа исследователей из Университета Мэриленда получила редкую возможность напрямую проанализировать шлейфы от лесных пожаров — загрязняющие вещества, которые досаждают западному побережью США гораздо чаще, чем восточному. Их выводы, [опубликованные](https://xlink.rsc.org/?DOI=D5EA00119F) в журнале Environmental Science: Atmospheres, показали, что химические соединения от лесных пожаров в Канаде оставались в атмосфере в Колледж-Парке, штат Мэриленд, спустя месяцы после того, как дым рассеялся. Это вызывает опасения относительно потенциального воздействия на здоровье людей и окружающую среду.
«Даже когда индекс качества воздуха был хорошим — спустя долгое время после того, как пожары начали утихать — мы всё равно обнаружили похожие соединения, которые видели во время канадских лесных пожаров», — сказала старший автор исследования Акуа Аса-Авуку, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета Мэриленда.
Будущие перспективы
В будущем результаты их исследований могут помочь улучшить прогностические модели, используемые для изучения лесных пожаров и их последствий. Большинство исследований химического состава шлейфов дыма на большие расстояния основаны на данных спутников и самолётов федеральных агентств, которые пролетают над лесными пожарами для сбора проб. Наземные испытания проводятся реже, что делает исследование Университета Мэриленда уникальным.
«Насколько нам известно, ни в одном исследовании не представлены данные о молекулярном составе шлейфов лесных пожаров 2023 года в Канаде», — сказала ведущий автор исследования Эстер Олонимойо, аспирантка химического факультета Университета Мэриленда. «Это довольно сложная область исследований, где ещё предстоит проделать большую работу, чтобы понять химический состав шлейфов лесных пожаров».
Методы исследования
Когда дым от лесных пожаров в Канаде впервые появился на территории кампуса, Аса-Авуку, Олонимойо и их соавторы сотрудничали с исследователями из Департамента атмосферных и океанических наук, чтобы собрать пробы воздуха на крыше университетского здания «Атлантик» в июне 2023 года, августе 2023 года и феврале 2024 года.
Исследователи доставили эти пробы в лабораторию экологических аэрозолей Аса-Авуку для химического анализа с использованием метода высокоэффективной жидкостной хроматографии, разработанного Олонимойо и соавтором исследования Кандис Дункан, доцентом кафедры экологических наук и технологий.
Их метод был разработан для быстрого и точного анализа органических кислот — соединений, богатых углеродом, включая те, что содержатся в дыме лесных пожаров, которые могут негативно влиять на климат и здоровье человека при концентрации в атмосфере.
Результаты исследования
В июне 2023 года на территории кампуса наблюдался пик задымления, который к августу стал визуально менее заметен. Однако исследователи обнаружили, что пробы воздуха, собранные в августе, всё ещё содержали химические следы дыма от лесных пожаров.
Эти пробы были собраны в день, когда индекс качества воздуха (AQI) был хорошим, что позволяет предположить, что соединения из шлейфов лесных пожаров могут задерживаться в атмосфере дольше, чем ожидалось.
«Мы видим сохранение соединений в атмосфере дольше, чем нам сообщают индексы качества воздуха», — сказала Олонимойо. «Это вызывает опасения по поводу здоровья населения, поскольку люди могут по-прежнему подвергаться воздействию определённых соединений даже после того, как показатели качества воздуха значительно улучшились».
Исследователи выявили различные классы углеродсодержащих химических веществ в воздухе, включая некоторые, которые могут быть токсичными для человека в высоких концентрациях. Аса-Авуку отметила, что AQI измеряет пять основных загрязнителей и не учитывает более широкий спектр химических веществ в атмосфере, включая атомы, молекулы, ионы и радикалы.
«AQI даёт общую оценку качества воздуха в регионе», — сказала Аса-Авуку. «AQI был высоким, когда в воздухе было много твёрдых частиц от выбросов лесных пожаров, но AQI мало что говорит о химическом составе твёрдых частиц».
Значительное снижение количества соединений, связанных с лесными пожарами, исследователи зафиксировали только в феврале 2024 года — спустя восемь месяцев после лесных пожаров. Аса-Авуку предположила, что соединения, которые они наблюдали, могли взаимодействовать с газами в атмосфере, вызывая химические реакции, которые заставляли их задерживаться дольше.
«Многие из соединений, которые мы проанализировали, не рассеиваются как первичные выбросы, которые напрямую попадают в атмосферу», — объяснила Аса-Авуку. «Они сохраняются во времени и пространстве, что говорит о том, что они являются частью атмосферного «супа», который со временем генерирует всё больше и больше этих органических соединений».
Изучение этих соединений и их способности растворяться в воде может помочь исследователям понять их долгосрочное воздействие на окружающую среду. Некоторые химические соединения из шлейфов лесных пожаров реагируют с водяным паром и попадают в облака, а во время дождя они могут проникать в почву и изменять естественный биогеохимический цикл Земли.
В дальнейшем Олонимойо планирует более детально проанализировать эти соединения и выявить те, которые имеют уникальные сигнатуры. В конечном итоге она надеется, что их выводы помогут научному сообществу делать более точные прогнозы о лесных пожарах и их влиянии на людей и окружающую среду.
«Знание молекулярного состава этих шлейфов очень важно для модельных прогнозов», — сказала Олонимойо. «Научное сообщество может делать более точные прогнозы, когда у них есть более точные знания, и это также помогает нам оценить вероятные последствия, если в атмосфере присутствуют определённые соединения».
Предоставлено Университетом Мэриленда