Учені здивовані, бо виверження величезного вулкана допомогло нам очистити повітря

• Виверження вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай у 2022 році виявило новий механізм руйнування метану в атмосфері, завдяки поєднанню сонячного світла, вулканічного попелу і солоної морської води.
• Цей процес, який відбувається у вулканічному шлейфі, може мати значний вплив на глобальні розрахунки поширення метану та сприяти розробці нових технологій очищення атмосфери.

Потужне виверження вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай у 2022 році залишило по собі не лише руйнування, а й унікальний науковий слід. Дослідники виявили в атмосфері процеси, які раніше вважалися неможливими в таких умовах, відкриваючи нові перспективи для кліматичних технологій майбутнього.

Як вулканічний вибух допоміг планеті?

Виверження вулкана є одним із найбільш руйнівних явищ, на які здатна наша планета. Величезні хмари попелу та газу вириваються в атмосферу, а розпечена лава знищує все на своєму шляху. Проте вулкани можуть бути й творчою силою: вони створюють родючі землі, формують нові острови та забезпечують кругообіг хімічних речовин між земною корою та атмосферою. Нещодавно вчені зафіксували раніше небачене явище, яке може докорінно змінити наше розуміння атмосферної хімії, пише SciTechDaily.

Дивіться також У Карпатах є вулкан, який може прокинутися: його виверження сколихали всю Європу

Під час вибухового виверження вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай у південній частині Тихого океану в січні 2022 року супутники зафіксували незвичайну концентрацію формальдегіду. Це стало прямим доказом того, що метан, який викидається вулканом, почав швидко руйнуватися безпосередньо у величезному шлейфі попелу та газу.

Відомо, що вулкани викидають метан під час вивержень, але досі не було відомо, що вулканічний попіл також здатний частково очищати це забруднення,
– прокоментував фахівець з атмосфери Маартен ван Херпен з компанії Acacia Impact Innovation BV у Нідерландах.

Хочете щодня читати оперативні та якісні новини Додайте 24 Канал у вибрані в Google Додати

Метан є природним компонентом нашої атмосфери, який утримує тепло і допомагає підтримувати життя на Землі, але його надлишок посилює парниковий ефект до небезпечного рівня. Цей газ відповідає приблизно за третину глобального потепління, і протягом 20 років він утримує у 80 разів більше тепла, ніж вуглекислий газ. Оскільки метан розпадається в атмосфері відносно швидко – протягом приблизно 10 років – його скорочення може стати своєрідним "екстренним гальмом" для зміни клімату.

Як вулкан прибрав сам за собою?

Дослідники встановили, що механізм руйнування метану активувався завдяки поєднанню сонячного світла, вулканічного попелу та солоної морської води, яку вулкан викинув високо в стратосферу.

Процес починається, коли під дією світла утворюються високореактивні радикали хлору. Хлор має неспарений електрон, який шукає, до чого приєднатися, і коли він стикається з метаном, то "відбирає" у нього атом водню, запускаючи ланцюгову реакцію розпаду. Формальдегід є проміжною ланкою в цьому процесі.

Коли ми проаналізували супутникові знімки, ми були здивовані, побачивши хмару з рекордно високою концентрацією формальдегіду,
– розповів Маартен ван Херпен.

Ученим вдалося відстежувати цю хмару протягом 10 днів на шляху до Південної Америки. Оскільки формальдегід існує лише кілька годин, це довело, що процес руйнування метану тривав безперервно більше тижня.

Розвиток виверження / Фото Джошуа Стівенс/Обсерваторія Землі NASA/NOAA/NESDIS.

За оцінками дослідників, вулкан щодня знищував близько 900 метричних тонн метану за допомогою окислення хлором. Хоча це лише частина від загального викиду вулкана (який склав близько 300 гігаграмів метану), сам факт можливості кількісного вимірювання цього процесу є надзвичайно важливим, пише ScienceAlert.

Професор кафедри хімії Копенгагенського університету Меттью Джонсон зазначив, що подібний механізм раніше спостерігали лише в нижніх шарах атмосфери під впливом пустельного пилу Сахари та океанських бризок.

Що є новим – і абсолютно несподіваним – так це те, що той самий механізм, мабуть, відбувається у вулканічному шлейфі високо в стратосфері, де фізичні умови зовсім інші,
– підкреслив професор Меттью Джонсон.

Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Communications, можуть змусити вчених переглянути глобальне поширення метану. Досі вплив атмосферного пилу на видалення метану не враховувався в розрахунках.

Тепер ми знаємо, що атмосферний пил – наприклад, від виверження вулкана – впливає на баланс метану, тобто на те, скільки метану додається в атмосферу і скільки видаляється,
– додав Джонсон.

Як це нам допоможе у майбутньому?

Окрім теоретичних знань, відкриття має практичне значення для майбутніх технологій очищення атмосфери.

Це очевидна ідея для промисловості – спробувати відтворити це природне явище, але тільки якщо буде доведено, що це безпечно та ефективно,
– підсумував Меттью Джонсон.

Сучасні супутникові інструменти, такі як TROPOMI на борту супутника Sentinel-5P Європейського космічного агентства, дозволяють точно фіксувати ці процеси, навіть у складних умовах високих концентрацій сірки після вивержень.

Докторка Ізабель Де Смедт з Королівського бельгійського інституту космічної аерономії зазначила, що правильна корекція супутникових даних була критично важливою для підтвердження реальності побаченого сигналу.

Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай / Фото CSU/CIRA та JAXA/JMA

Вам також буде цікаво дізнатися: що ми знаємо про виверження Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай

15 січня 2022 року підводний вулкан Hunga Tonga-Hunga Ha'apai у південній частині Тихого океану спричинив одне з найпотужніших вивержень у сучасній історії людства, нагадує 24 Канал. Вибух стався поблизу королівства Тонга і був настільки сильним, що ударну хвилю зафіксували метеостанції по всій планеті.

За різними оцінками, енергія вибуху сягала десятків мегатонн у тротиловому еквіваленті, а сам стовп попелу, газів і водяної пари піднявся на висоту приблизно 57 – 58 кілометрів. Це зробило його найвищим вулканічним шлейфом за всю супутникову епоху спостережень, пише NASA Science.

Вулкан був особливим через своє розташування. Його кальдера перебувала під водою на відносно невеликій глибині. Коли магма різко почала контактувати з морською водою, відбулося надзвичайно потужне фреатомагматичне виверження – тобто вибух, посилений миттєвим випаровуванням води. Саме тому в атмосферу потрапила колосальна кількість водяної пари.

За оцінками NASA, в стратосферу викинуло приблизно 146 тераграмів води – це близько 10% усієї водяної пари, яка зазвичай міститься у стратосфері Землі. Нагадаємо, водяна пара є одним із найпотужніших парникових газів, тому вже тоді вчені казали, що це виверження ще довго нагріватиме Землю.

Виверження спричинило цунамі, яке поширилося через увесь Тихий океан. Хвилі зафіксували біля узбережжя Японії, США, Перу та Чилі. У самому Тонга попіл вкрив острови, були пошкоджені системи водопостачання, електромережі та підводний інтернет-кабель, через що країна фактично втратила зв'язок зі світом. Ударна хвиля кілька разів обігнула Землю, а атмосферні збурення дісталися навіть космосу й вплинули на супутники на орбіті, писало видання WIRED.

Науковці всього світу взялися за вивчення

Після катастрофи вулкан став одним із найважливіших об'єктів для кліматологів, геофізиків та атмосферних дослідників. У наступні роки вчені активно аналізували супутникові дані, моделювали наслідки та намагалися зрозуміти, як саме виверження вплинуло на атмосферу Землі.

Одним із головних відкриттів стало те, що це виверження поводилося не так, як більшість великих вулканічних катастроф. Зазвичай потужні вулкани охолоджують планету, викидаючи в атмосферу багато діоксиду сірки, який формує аерозолі та відбиває сонячне світло. Але Хунга-Тонга викинув відносно мало діоксиду сірки й надзвичайно багато водяної пари. Через це частина кліматичних моделей показала потенційний ефект тимчасового потепління, а не охолодження, як зазначали вчені в журналі Nature у листопаді 2022 року.

Дослідники також виявили, що водяна пара від виверження залишатиметься у стратосфері роками. Вона змінила температурний баланс атмосфери, вплинула на циркуляцію повітря та навіть на озоновий шар. NASA повідомляло про зміни температур у стратосфері: у деяких регіонах спостерігалося потепління приблизно на 1 градус Цельсія, а в інших – навпаки охолодження до 3 градусів Цельсія.

Роль метану в глобальному потеплінні: чому він гірший за вуглекислий газ

Метан відіграє критично важливу роль у глобальному потеплінні, нагадує 24 Канал. Це парниковий газ, який утримує теплове випромінювання Землі в атмосфері. Принцип дії схожий на роботу скла в теплиці: сонячне світло проходить до поверхні планети, Земля нагрівається та випромінює тепло назад у космос, але парникові гази затримують частину цього тепла.

Основним парниковим газом в атмосфері є вуглекислий газ, але метан значно ефективніший у затримуванні тепла. Протягом приблизно 20 років після викиду одна тонна метану нагріває планету у десятки разів сильніше, ніж одна тонна вуглекислого газу. Саме тому метан вважають особливо небезпечним для короткострокового прискорення глобального потепління.

Головна проблема метану полягає в тому, що його концентрація в атмосфері швидко зростає через діяльність людини. Основними джерелами є видобуток нафти й газу, витоки з трубопроводів, вугільні шахти, сміттєзвалища та сільське господарство, особливо велика рогата худоба. Метан також виділяється з боліт і вічної мерзлоти, яка починає танути через зміну клімату.

На відміну від вуглекислого газу, який може залишатися в атмосфері сотні років, метан "живе" менше – приблизно десятиліття. Але за цей коротший період він значно агресивніше впливає на клімат. Саме тому скорочення викидів метану вважається одним із найшвидших способів уповільнити глобальне потепління в найближчі десятиліття.