Токсичное наследие стратосферы: как космические процессы угрожают земным водам?

Токсичное вещество, загрязняющее грунтовые воды, формируется в высших слоях атмосферы Земли, как показали данные научного авиационного исследования.

Согласно новому исследованию, перхлораты — группа хлорсодержащих соединений, нарушающих работу щитовидной железы, — образуются на частицах дыма и органики в стратосфере, на высоте 10–50 километров над поверхностью планеты.

Учёные уже знали, что перхлораты формируются в верхних слоях атмосферы, так как их природные формы несут следы воздействия космических лучей. Однако точные механизмы и локализация этого процесса оставались загадкой.

Стратосфера в основном заполнена микрочастицами серной кислоты, но перхлораты, как выяснилось, не связываются с ними. Вместо этого токсичные соединения обнаружены на азотистых частицах и частицах дыма, которые редко поднимаются на такую высоту.

Теперь возникает вопрос: усилит ли растущее загрязнение стратосферы человеком концентрацию перхлоратов в грунтовых водах после их осаждения?

«Мы не знаем, повлияет ли изменение состава стратосферных частиц на рост уровня перхлоратов», — отмечает Дэниел Мёрфи, руководитель программы по изучению аэрозолей в NOAA. Исследование, опубликованное 28 июля в журнале PNAS, подчёркивает необходимость дальнейшего изучения этой проблемы.

Интересный факт:
Искусственные перхлораты используются в ракетном топливе, батареях и взрывчатке. Однако большая часть этих соединений имеет природное происхождение. Агентство по охране окружающей среды США планирует ввести национальные стандарты содержания перхлоратов в питьевой воде уже в ноябре.

Данные для исследования были собраны с помощью самолёта NASA WB-57, способного подниматься на 19 км — выше, чем коммерческие лайнеры. Анализ показал, что стратосферные перхлораты отличаются от синтетических аналогов, что исключает их связь с ракетными запусками.

Потенциальные риски:
Прикрепление перхлоратов исключительно к органическим и дымовым частицам может иметь серьёзные последствия. Например, рост числа лесных пожаров, выбрасывающих такие частицы в стратосферу, способен увеличить концентрацию токсина. Более того, экспериментальные проекты геоинженерии, предполагающие распыление аэрозолей для отражения солнечного света, могут непреднамеренно стимулировать образование перхлоратов.

«Перхлораты сохраняются в засушливых регионах до 10 000 лет, — комментирует Мёрфи. — Это требует пересмотра стратегий борьбы с климатическими изменениями».

Лабораторные прорывы и глобальные вызовы

Недавние эксперименты в контролируемых условиях подтвердили, что частицы с гидрофильными поверхностями (например, сажа от пожаров) ускоряют реакцию образования перхлоратов под действием ультрафиолета и космического излучения. Это объясняет, почему стратосферный «производственный цех» токсина активируется именно на подобных носителях.

Одновременно климатологи отмечают парадокс: попытки охлаждения планеты через распыление стратосферных аэрозолей могут усугубить загрязнение водных ресурсов. Для минимизации рисков международные организации, включая ООН, начинают разрабатывать протоколы мониторинга перхлоратов в рамках программ по защите климата.

Что дальше?

Планетарные исследования Марса, где перхлораты распространены повсеместно, помогают земным учёным предсказать долгосрочные эффекты их накопления. Следующий шаг — создание глобальной сети датчиков, отслеживающих стратосферные частицы и их химические преобразования в реальном времени. Как заключил Мёрфи: «Мы только начали понимать, как космос дирижирует химией нашей собственной планеты».