Солнечный свет может превратить дым от тлеющей сосновой древесины в стекло

Почему дым от лесных пожаров может вести себя как стекло

Лесные пожары не просто на несколько дней затемняют небо, а затем исчезают. Крошечные капли в дыме могут подниматься высоко в атмосферу, где они влияют на качество воздуха, образование облаков и даже на озоновый слой, который защищает нас от вредного излучения. В этом исследовании рассматривается неожиданный поворот: под постоянным воздействием солнечного света некоторые частицы дыма от тлеющей сосновой древесины могут частично затвердевать в материал, похожий на стекло, меняя тем самым свое взаимодействие с окружающим воздухом и химическими веществами.

От лесных пожаров до взвешенных частиц

Когда горят леса, они выделяют огромное количество микроскопических частиц, известных как органические аэрозоли биомассы. Эти частицы уже составляют значительную долю мирового органического смога и могут подниматься мощными штормами, вызванными пожаром, вплоть до стратосферы, где они могут сохраняться в течение месяцев. Пока они висят в воздухе, частицы подвергаются ультрафиолетовому излучению солнца. Ученым известно, что физическое состояние этих частиц — жидкое, полутвердое или стекловидное — сильно влияет на то, как они воздействуют на климат, облака и озон. Тем не менее до сих пор никому не удавалось напрямую измерить, как простое воздействие УФ‑света меняет консистенцию и внутреннюю структуру реальных частиц дымов лесных пожаров.

Наблюдение за изменением формы и текучести частиц

Исследователи создавали дым, медленно сжигая сосновую древесину в лаборатории, и собирали частицы на специальных стеклянных пластинах. С помощью мощного флуоресцентного микроскопа они изучали частицы до и после облучения 300‑нанометровым УФ‑светом в течение периодов, моделирующих до примерно девяти солнечных дней в нижней атмосфере. Необлученные частицы имели две основные области: внутреннее, более гидрофильное ядро и внешнюю, более гидрофобную оболочку. После нескольких дней имитации солнечного света, однако, появилась новая яркая внешняя корка, окутывающая каждую частицу отчетливым слоем толщиной в несколько микрометров.

Капли дыма, которые перестают течь

Чтобы проверить, как легко эти частицы могут течь, команда использовала метод «ткни и смотри». Они аккуратно протыкали отдельные частицы крошечной иглой и записывали, как быстро закрывается полученная вмятина. Свежие частицы вели себя как густые, но текучие жидкости: прокол исчезал менее чем за секунду, что указывало на относительно низкое сопротивление течению. Частицы, выношенные на солнце, были резко иными. После нескольких дней УФ‑облучения вмятины закрывались значительно медленнее, что означало, что материал стал в тысячи — десятки тысяч раз вязче. После почти девяти дней эквивалентного солнечного воздействия прокалывание вызывало разрушение внешнего слоя на осколки, которые не срастались даже при наблюдении в течение нескольких часов. Расчеты показали, что эта расколотая оболочка была по крайней мере в сто миллионов раз вязче воды — фактически стеклом. Примечательно, что эти жесткие фрагменты сохраняли острые грани при относительной влажности до примерно 60 процентов, что показывает: стекловидное покрытие сохраняется даже в достаточно влажном воздухе.

Химия, создающая более тяжелые и липкие молекулы

Почему солнечный свет образует эту стекловидную корку? Высокодетальная масс‑спектрометрия показала, что УФ‑облучение смещает химию частиц в сторону более крупных и более обогащенных кислородом молекул. Средняя молекулярная масса увеличилась, как и отношение кислорода к углероду. Предыдущие исследования показали, что более тяжелые и более кислородсодержащие органические молекулы, как правило, повышают вязкость материалов. Авторы предполагают, что солнечный свет инициирует реакции в распространенных карбонильных группах и через так называемые фотосенсибилизированные пути, создавая реактивные виды, которые объединяют более мелкие фрагменты в большие структуры и добавляют кислород. Поскольку 300‑нанометровый свет не проникает глубоко в большие лабораторные частицы, в стекло превратились только внешние несколько микрометров. Но реальные атмосферные частицы намного мельче, поэтому солнце может преобразовать большую часть каждой частицы, а не только поверхность.

Что это значит для климата и озонового слоя

Совместив свои измерения с данными глобальной климатической модели о температуре и влажности, авторы оценивают, что УФ‑стареющий дым лесных пожаров вероятно будет стекловидным на большей части свободной тропосферы и стратосферы, часто уже через чуть более недели воздействия. Во многих регионах это делает частицы до восьми порядков величины вязче, чем если бы УФ‑старения не происходило. Такая жесткость замедляет движение газов и реакционноспособных молекул внутри частиц, что может задерживать побледнение коричневого углерода, поглощающего солнечный свет, изменять пути переноса загрязнителей и препятствовать ключевым химическим реакциям, контролирующим озон в верхней атмосфере. Проще говоря, исследование показывает, что солнечный свет может превращать частицы дыма лесных пожаров в микроскопические стеклянные шарики, тонко, но существенно изменяя их роль в климате Земли и в защитном озоновом слое.

Цитирование: Golay, Z.M., Vandergrift, G.W., Kamal, S. et al. Sunlight can turn smoldering pine wood smoke into a glass. npj Clean Air 2, 29 (2026). https://doi.org/10.1038/s44407-026-00070-9

Ключевые слова: дым лесных пожаров, атмосферные аэрозоли, старение под солнцем, стекловидные частицы, озон и климат