Дослідження за фінансування NASA показує приховані наслідки озону від диму лісових пожеж

Дим від лісових пожеж створює нові виклики для чистоти повітря. Дослідження, підтримане NASA, опубліковане в четвер, виявило, що протягом останнього десятиліття лісові пожежі погіршили забруднення озоном на рівні землі в багатьох частинах США, створюючи небезпечне повітря далеко від активних вогнів.

Лісові пожежі стали все більш важливим чинником забруднення озоном на рівні землі, або смогу, у багатьох регіонах США, повідомляють дослідники 4 червня в журналі Science. В цілому, пожежі знівелювали майже чотири роки досягнень у контролі озону, з більшими втратами на заході та в центрі країни.

Дим часто асоціюється з сажою, попелом та іншими дрібними частинками, які роблять повітря туманним. Але лісові пожежі також викидають гази, такі як оксид вуглецю, які можуть сприяти утворенню озону на поверхні під впливом сонячного світла, коли присутні інші забруднювачі. Озон на поверхні є невидимим забруднювачем, який шкодить здоров'ю людей, рослинам і сільськогосподарським культурам. Коли димові хмари переміщуються і змішуються з іншими забруднювачами, ці реакції можуть призводити до збільшення озону на сотні або навіть тисячі миль від активних пожеж.

“Спостереження NASA за Землею, разом із мережами моніторингу на місцях, допомагають виявити ризики якості повітря від лісових пожеж, які можуть перетинати державні кордони, надаючи менеджерам з якості повітря кращу інформацію для прийняття рішень, оскільки дим від лісових пожеж впливає на більше спільнот,” - сказав Джон Хейнс, менеджер програми NASA Earth Action з охорони здоров'я та якості повітря в штаб-квартирі агентства у Вашингтоні. “Це яскравий приклад того, як наука NASA служить спільнотам тут, у США.”

Створення чіткішої картини озону

Високо в атмосфері озон захищає Землю від шкідливого ультрафіолетового випромінювання. Однак поблизу землі озон може подразнювати легені, погіршувати астму та інші респіраторні захворювання, а також підвищувати ризики для здоров'я дітей, літніх людей, працівників на відкритому повітрі та людей з існуючими захворюваннями.

Щоб відстежити зміни озону на поверхні, дослідники звернулися до глибокого навчання, форми штучного інтелекту, яка знаходить шаблони в великих наборах даних. Вони використали його для створення унікального набору даних, що оцінює щоденний озон на поверхні з 2003 по 2024 рік на решітці розміром в кілометр — приблизно 0,6 милі з кожного боку — по всій території США. Ця робота отримала підтримку від програми NASA з охорони здоров'я та якості повітря та інших грантів NASA.

Вчені об'єднали дані з близько 1000 станцій моніторингу якості повітря на місцях з даними атмосферних моделей, інформацією про погоду, даними про забруднення від лісових пожеж та інформацією, отриманою з супутників, включаючи продукти з Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) та Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS).

Їхній аналіз виявив два чітких періоди. З 2003 по 2015 рік рівень озону на рівні землі в США загалом знижувався, оскільки викиди забруднюючих речовин, що сприяють утворенню озону, зменшувалися. Однак після 2015 року ці досягнення сповільнилися або навіть змінилися в багатьох місцях. Порівнюючи оцінки рівнів озону зі сценаріями, в яких не враховувалися впливи лісових пожеж, дослідники виявили, що забруднення від лісових пожеж стало основним чинником цього зсуву.

Без внеску лісових пожеж, рівень озону на рівні землі в центрі країни, наприклад, ймовірно, продовжував би знижуватися. Натомість лісові пожежі знищили близько 5,3 років прогресу в контролі озону з 2015 року.

“Люди в центрі країни можуть думати, що пожежі, які горять далеко, не вплинуть на них,” - сказав відповідальний автор дослідження Джун Ванг, атмосферний вчений з Університету Айови в Айова-Сіті. “Але як тільки забруднення від лісових пожеж потрапляє в повітря, воно може переміщатися між регіонами. Забруднення з одного місця може вплинути на якість повітря в іншому.”

Вимірювання впливу на здоров'я

Дослідження також виявило, що озон, викликаний лісовими пожежами, збільшив експозицію до небезпечного повітря і, ймовірно, сприяв передчасним смертям. За оцінками, кількість передчасних смертей, пов'язаних з тривалим впливом озону від лісових пожеж у США, зросла на 318 смертей на рік після 2013 року, при цьому середній показник після 2013 року на 46% вищий, ніж у попереднє десятиліття. Дослідники розрахували передчасні смерті, використовуючи середню тривалість життя, оцінки впливу озону та щільність населення.

Пожежі в Канаді 2023 року показали, наскільки широко ці ризики можуть поширюватися, з підвищенням озону, викликаним димом, що простягнувся через центр країни і в частини північного сходу та півдня. Загалом, з 2022 по 2024 рік, лісові пожежі піддали додаткові 43 мільйони людей у США умовам, які не відповідали чинним федеральним стандартам якості повітря для озону, оцінили дослідники.

Отримати цю національну картину важко лише з моніторів на місцях. Монітори на місцях залишаються основою моніторингу якості повітря в США, але вони не охоплюють кожну спільноту. Науково обґрунтовані супутникові спостереження та моделі NASA допомагають дослідникам та агентствам бачити патерни якості повітря через держави, регіони та сезони пожеж.

Ця ширша робота з якості повітря включає нові місії TEMPO (Моніторинг викидів: моніторинг забруднення). Запущена в 2023 році, TEMPO є першою місією NASA, яка використовує спектрометр на орбіті для надання щогодинних вимірювань якості повітря над Північною Америкою вдень. Її огляд достатньо чіткий, щоб розрізняти патерни забруднення, включаючи озон на поверхні, в районах лише кількох квадратних миль, що є значним покращенням у порівнянні з попередніми супутниками.

Разом ці можливості допомагають дослідникам та агентствам бачити патерни озону, пов'язані з димом, які інакше могли б бути важче виявити, особливо в сільських і віддалених районах.

Ця робота також вказує на практичне використання науки NASA під час сезону пожеж. Команда Ванга використовувала підтримку NASA для розробки FireAQ, системи підтримки прийняття рішень, яка об'єднує супутникові спостереження, прогнози моделей та продукти вогню та аерозолів у щотижневі брифінги з державними та місцевими чиновниками з якості повітря. Мета полягає в тому, щоб допомогти чиновникам зрозуміти, куди може переміститися забруднення, пов'язане з димом, і надати громадам кращу інформацію.