Молнии вызывают смог: новое исследование выявило неожиданный источник загрязнения воздуха

Грозы редко воспринимаются как источник загрязнения, но новое исследование показало: молнии напрямую влияют на состав воздуха, которым мы дышим. Учёные из Мэрилендского университета впервые смогли в реальном времени наблюдать, как этот процесс происходит, используя уникальные возможности спутника NASA TEMPO.

Как работает спутник TEMPO

Аппарат TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution) был запущен в 2023 году. Он находится на геостационарной орбите на высоте около 35 тысяч километров и изначально предназначен для того, чтобы ежечасно фиксировать уровень загрязнения воздуха над Северной Америкой.

Однако для анализа гроз исследователи настроили прибор так, чтобы получать данные каждые десять минут. Благодаря этому удалось увидеть, как быстро изменяется химический состав атмосферы во время грозовой активности.

"Впервые подобные измерения проведены с такой временной частотой", — сказал профессор атмосферных и океанических исследований Кеннет Пикеринг.

Когда молния становится источником смога

Во время удара молнии температура достигает экстремальных значений. При этом молекулы кислорода и азота разрушаются, а на их месте образуются оксиды азота. Эти вещества хорошо известны как загрязнители: они сопоставимы с выбросами автомобилей и промышленных предприятий.

Попадая в атмосферу, оксиды азота способствуют формированию приземного озона. Если на высоте он защищает планету от ультрафиолета, то у поверхности становится одним из главных компонентов городского смога.

"На глобальном уровне молнии производят до 10-15% оксидов азота", — отметил профессор Кеннет Пикеринг.

Опасность для здоровья

Приземный озон крайне вреден для дыхательной системы. Он усиливает проявления астмы, провоцирует бронхит и другие болезни лёгких. Особенно сильно эффект ощущается в горных районах — например, в Колорадо. Там загрязнители задерживаются дольше из-за особенностей атмосферы.

"Для жителей горных регионов это может быть очень важно", — пояснил профессор Кеннет Пикеринг.

Учёные отмечают, что в летний период, когда образование озона идёт быстрее, воздействие гроз на качество воздуха может быть сопоставимо с промышленными выбросами.

Двойственная роль молний

Интересно, что молнии не только загрязняют атмосферу, но и запускают механизмы её очистки. При разрядах формируются гидроксильные радикалы — активные частицы, разрушающие метан. А метан считается одним из самых опасных парниковых газов.

Таким образом, молнии играют двойную роль: они создают загрязнители и одновременно участвуют в их разрушении.

Новые данные для науки

До сих пор считалось, что одна молния производит примерно 250 молей оксидов азота. Но это лишь средняя оценка. Реальные показатели зависят от силы грозы, её продолжительности и даже места возникновения.

Теперь, благодаря TEMPO, исследователи могут собирать данные в более высоком временном разрешении и уточнять расчёты для разных условий.

"Это исследование даст нам возможность доказать влияние усиления гроз на выбросы", — подчеркнул старший научный сотрудник Дейл Аллен.

Практическая польза

Понимание роли гроз в формировании загрязнителей важно не только для науки. Эти данные помогут создавать более точные климатические модели и прогнозы качества воздуха. С ростом числа экстремальных погодных явлений такие прогнозы становятся жизненно необходимыми.

"Чем лучше данные, тем точнее прогнозы", — добавил Дейл Аллен.

Три интересных факта

1. Каждая вспышка молнии нагревает воздух до температуры выше 30 000 °C — это примерно в пять раз горячее поверхности Солнца.
2. По оценкам метеорологов, на Земле каждую секунду происходит около 50-60 молний, что эквивалентно почти 4 миллионам разрядов в сутки.
3. В некоторых тропических регионах вклад молний в загрязнение воздуха превышает долю автомобильных выбросов.