Jak burze wpływają na jakość powietrza?

Każdy piorun to nie tylko efektowny błysk na niebie - to także emisja gazów. Gdy stoimy w korku i zerkamy na burzowe chmury, rzadko zdajemy sobie sprawę, że wyładowania uwalniają tlenki azotu, podobne do tych, które wydostają się z rur wydechowych naszych samochodów.

Naukowcy z Uniwersytetu Maryland wykorzystali obrazy satelitarne o wysokiej częstotliwości do bezpośredniego monitorowania wpływu błyskawic na jakość powietrza. Dzięki instrumentowi NASA TEMPO, znajdującemu się na orbicie od 2023 roku, badacze mogli śledzić wyładowania występujące nad wschodnimi Stanami Zjednoczonymi z dokładnością do 10 minut, uzyskując obraz zachodzących procesów chemicznych niemal w czasie rzeczywistym.

Gdy uderza piorun, ekstremalnie wysokie temperatury powietrza rozbijają cząsteczki azotu i tlenu w atmosferze, prowadząc do powstania tlenków azotu (NO_x). Te same związki powstają podczas spalania paliw w silnikach samochodowych czy w zakładach przemysłowych i przyczyniają się do tworzenia smogu ozonowego.

- Błyskawice stanowią źródło od 10 do 15 całkowitej ilości tlenków azotu uwalnianych do atmosfery - powiedział Kenneth Pickering, główny autor badania. - Zanieczyszczenia spowodowane przez człowieka są znacznie większe, ale należy pamiętać, że błyskawice uwalniają tlenki azotu na znacznie większych wysokościach, gdzie mogą skuteczniej napędzać produkcję ozonu.

- Gdy burze stają się bardziej intensywne, wyładowania stają się krótsze i wytwarzają mniej tlenku azotu na błysk. Zrozumienie, w jaki sposób będą one wpływały na powietrze w erze coraz gwałtowniejszych zjawisk pogodowych, ma kluczowe znaczenie dla opracowania modeli klimatycznych na przyszłość - dodał współautor badania, Dave Allen.

Ozon powstający z tlenków azotu podczas burz może być przenoszony na setki kilometrów od miejsca wyładowania, a niekiedy trafiać do niższych warstw atmosfery, pogarszając jakość powietrza w odległych regionach. Efekt ten najwyraźniej widać latem, gdy produkcja ozonu jest najwyższa, a jego stężenie przy powierzchni ziemi może wywoływać astmę oraz inne schorzenia układu oddechowego.

ZOBACZ TEŻ: "Trzeci biegun Ziemi" traci lód w oszałamiającym tempie

Burze nie tylko przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza, ale również odgrywają istotną rolę w jego oczyszczaniu. Podczas wyładowań atmosferycznych powstają rodniki hydroksylowe, które wspomagają rozkład szkodliwych gazów, takich jak metan - jeden z głównych gazów cieplarnianych. Dzięki tym reakcjom atmosfera potrafi w pewnym stopniu samodzielnie neutralizować zanieczyszczenia.

Dzięki danym z instrumentu TEMPO oraz satelitów NOAA, zespół badaczy z Maryland po raz pierwszy był w stanie oszacować liczbę wyładowań atmosferycznych i dokładną ilość dwutlenku azotu (NO₂) powstającego podczas jednej burzy. Te dane pozwolą tworzyć bardziej precyzyjne modele klimatyczne oraz prognozować jakość powietrza zarówno w trakcie, jak i po burzach - zwłaszcza w szczególnie wrażliwych regionach.

- Dla osób mieszkających na obszarach górskich, takich jak Kolorado, może to być bardzo ważne, ponieważ wyładowania atmosferyczne mają wpływ na poziom ozonu w powietrzu na wyższych wysokościach - powiedział Pickering. - Dane te mogą pomóc w tworzeniu dokładniejszych prognoz jakości powietrza podczas burz i po ich zakończeniu.

Naukowcy podkreślili, że lepsze zrozumienie mechanizmu emisji tlenków azotu podczas burz ma kluczowe znaczenie dla przewidywania skutków ekstremalnych zjawisk pogodowych oraz ich wpływu na klimat i zdrowie ludzi. Im precyzyjniejsze będą pomiary, tym skuteczniejsze staną się prognozy i strategie ochrony przed zanieczyszczeniami - zarówno pochodzenia naturalnego, jak i wytwarzanymi przez człowieka.