בעקבות החמרת תופעת הדליקות ברחבי העולם, מיזם מוטס שואף לפענח איך פליטות המזהמים משפיעות על בריאותנו

בקיצור

  • איננו יודעים הרבה על ההשלכות המיידיות והמתמשכות שיש לחשיפה לעשן של שריפות יער על בני אדם. הואיל ושריפות היער מתעצמות ומתפשטות למחוזות חדשים, הן הופכות לאיום גובר והולך על בריאות הציבור.
  • מיזם חסר תקדים שמתקיים בהובלת מינהל האוקיינוסים והאטמוספרה הלאומי בארצות הברית ונאס"א מקבץ יותר מ-400 מדענים כדי לחקור את ההרכב הכימי המדויק של עשן הנפלט משריפת ביומסה, ואיך הוא משתנה לאורך זמן.
  • נתונים שנאספו במהלך המבצע המוטס הזה יסייעו לקבוע מהם סוגי השריפות המזיקים ביותר. כך נוכל לשפר את אופן הבקרה והביצוע של צעדי ניהול שריפות, כמו הצתת שריפות יזומות.

"זה מעניין. לא סמיך מדי", אמר כימאי האטמוספרה ג'ים קרופורד, כשמדבקה נגד מחלת ים דבוקה לו מאחורי האוזן. זה היה בשעת אחר צהריים בשלהי יולי 2019, וקרופורד רכן לעבר פקעת עשן משריפת יער שנראתה מתא הטייס של מטוס סילון מסחרי לשעבר שנאס"א הסבה למעבדה מעופפת. 35 מדענים ומהנדסים כיילו את מכשיריהם בתא הנוסעים. האם הכלים שלהם, שתוכננו ברובם למדידת מזהמים עירוניים, יפעלו באוויר רווי חלקיקים? איך יגיב מטוס בן 50 יגיב כשייכנס לתוך עמוד עשן?

מטוס ה-DC-8 התנדנד והיטלטל כשחדר לתוך עננת עשן שהעפילה לגובה של כ-3,500 מטר משריפה שפרצה ליד מיסולה במונטריאול. "ארבעים וחמש שניות, ואז תסובב אותו אחורה", הורה קרופורד לטייס. המערבולת הייתה מתונה במפתיע, והוא רצה לחזור דרכה.

הייתה זו רק הטיסה השלישית בפרק האווירי של FIREX-AQ, מיזם שאפתני תלת-שנתי בהובלת מינהל האוקיינוסים והאטמוספרה הלאומי של ארצות הברית (NOAA) ונאס"א. המיזם מנסה לזהות את ההרכב הכימי המדויק של עשן הנפלט משריפת ביומסה ולקבוע, לצד דברים נוספים, מתי והיכן הוא הכי מסוכן לבריאותם של בני אדם.

במשך שישה שבועות בקיץ האחרון טסו ה-DC-8 ושני מטוסי טווין אוטר עם ציוד דומה לדגימת האטמוספירה מבעד ליותר ממאה עמודי עשן שונים. הם כללו את כל הטווח שבין בועת עשן קטנה שעלתה משריפה חקלאית בקנזס לענן פטרייה שהתרומם לגובה של 9.5 קילומטרים מעל שריפת ויליאמס פלאטס במדינת וושינגטון, שאחד המדענים דימה אותה להתפרצות של הר געש. אף ששריפות אחראיות לעד שליש מכלל החלקיקים באטמוספירה, "מעט מאוד מחקרים בדקו את ההשפעה הספציפית של מרכיבי העשן השונים על מחלות ועל חומרתן כשבני אדם נחשפים להם", הצהיר אחד ממנהלי הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) ב-2018.

אנו יודעים שחשיפה מתמשכת לחלקיקים זעירים, הקיימים בכל סוגי העשן, עלולה לחולל מחלות לב וריאה, הפרעות בקצב הלב ואסתמה חמורה, וכן סיבוכים נוספים. מעריכים שהם אחראים ל-4.2 מיליון מקרי מוות בטרם עת סביב העולם ב-2016. באופן דומה, חשיפה מתמשכת לאוזון, גז שיכול להיווצר בתגובות כימיות כשעשן עולה לאטמוספרה, מואשמת בגרימת מיליון מקרי מוות בשנה, אם לא למעלה מכך.

מה שחסר עדיין זו הבנה יסודית של הצורה והשלבים שבהם מרכיבים רעילים מכל מיני סוגים נוצרים בסוגים שונים של עשן הנובע מבעירת ביומסה (חומר ממקור ביולוגי, למשל צמחים). הגורמים המפקחים על איכות האוויר מתייחסים כיום לפליטות מכל שריפות הביומסה כאילו הן זהות, אף שזה לא נכון. בלמידת התהליכים הללו, צוות ה-FIREX-AQ מקווה להגיע לתחזיות מדויקות יותר של הפליטות משריפות יער, כדי שמאמני כדורגל יידעו טוב יותר אם עליהם לבטל אימונים, בתי חולים יוכלו להתכונן לבואם של מטופלים בעלי מערכת חיסון לקויה ופקחים יוכלו להגן על אנשים שעובדים באוויר הפתוח מפני חשיפה מסוכנת. הנתונים שלהם יוכלו גם לסייע למנהלי קרקעות בהצתת שריפות מבוקרות, שימתנו את החומרה ואת ההשלכות הרפואיות של שריפות יער בעתיד.

שריפת לִיק קריק באיידהו במבט ממטוסשריפת לִיק קריק באיידהו במבט ממטוס של FIREX-AQ ב-2 באוגוסט 2019 | צילומים: מאט נייגר

קרופורד התבונן בטאבלט שלו וסקר נתונים בזמן אמת על דגימתם של מאות סוגי חלקיקים וגזים. הטיסה הקודמת שלו ב-DC-8 הייתה לצורך מחקר של מזהמים עירוניים בסיאול בירת דרום קוריאה. אפילו בערים קטנות, הוא אומר, חוקרים רואים זיהום חמור בהרבה מזה שהוא וצוותו תיעדו באותו יום. "אבל איך כל השריפות הללו מתחברות יחד?" שאל. "כמה אוזון השריפות יוצרות? מה התהליך הכימי שיוצר שמייצרת אותו? ואיך אפשר לווסת תופעה טבעית?".

קרסטן וורניק (Warneke), חוקר ב-FIREX-AQ, ובמקור איש המעבדה לחקר מערכות כדור הארץ של NOAA בבולדר שבקולורדו, מסביר שמודלים של איכות אוויר מתייחסים לעשן שריפות יער כמו להתפרצות של ערפיח, אף שמדובר בבעיה שונה לגמרי.

כ-550 קילומטרים דרומה משם, בבסיס המשמר האווירי הלאומי גוֹוֶן פילד בבויז שבאיידהו, בחנו וורניק ו-50 מדענים נוספים מידע על תבניות מטאורולוגיות, דלקים, נתוני לוויינים בזמן אמת ועדכונים שוטפים על שריפות, כדי לאתר את שריפות היער במערב ארצות הברית שעומדות הכי טוב ברוב הקריטריונים המשרתים את מטרותיה של FIREX-AQ. "יש כאן מדענים רבים, ולא כולם רוצים בדיוק את אותם דברים", אומרת אמבר סויה (Soja), עמיתת מחקר במכון הלאומי לאוויר ולחלל, שמונתה לתדרך את 400 החוקרים המעורבים ב-FIREX-AQ על פעילות השריפות היומית.

הצוות בחר למשימתו ביום הזה בשריפת נורת' הילס במונטנה, בזמן שה-DC-8 נסע לעבר מסלול ההמראה. עמוד העשן שלה היה המשמעותי ביותר מבין תשע השריפות שנשקלו. הדליקה עצמה, שהתפרסה על פני שטח קטן יחסית של כ-18.5 קמ"ר, לא הייתה מיוחדת משום בחינה – ובדיוק בזכות זה היא הייתה יעד מושך מבחינה מדעית. אף שכבאי שירות היערות של ארצות הברית עדיין ניסו להשתלט על הלהבות, הם התירו ל-DC-8 לדגום את העשן בכמה נקודות בזמן ובמרחב, וכך לתעד מה היה בעשן וכיצד הוא השתנה בשעה שהוא נע עם הרוח והגיב לתנאים משתנים ולסביבות חדשות.

מוני חלקיקים על הכנףמוני חלקיקים על הכנף, גיחות חוזרות לתוך עמודי עשן

אחרי הפעם ה-16 שעבר דרך העשן בתוך שעה, קיבל קרופורד הודעה מוורניק במטה. ההודעה הציגה תמונת לווין של עמוד עשן הפורץ מעל העננים ממש מתחת להר שסטה (Shasta) בקליפורניה, כמעט 1,300 קילומטר דרום-מערבית משם. וורניק הקיף בעיגול את העמוד ושרבט לידו באדום "טוס לשם עכשיו!"

מיזם חסר תקדים

FIREX-AQ, או מיזם השפעת שריפות על סביבות אזוריות עד עולמיות ואיכות האוויר (Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality) נולד במעבדת האש במונטנה.כימאי המחקר של NOAA ג'ים רוברטס, שהיה שותף לצוות שפיתח שיטה למדידת חנקן אטמוספרי במהלך משבר האוזון של שנות ה-1970, התעניין שם יותר ויותר בחקירת החומצות הנוכחות בעשן של שריפות יער. ב-2009, בשעה ששרף ענפים של אורן הזפת וחומרי בעירה נוספים האופייניים למערב ארצות הברית, הוא מצא חומר רעיל במיוחד בשם חומצה איזוציאנית. כשבני אדם נחשפים אליו באופן תדיר, למשל מסיגריות ומאש לבישול, הם עלולים לפתח קטרקט, דלקת מפרקים שגרונית ומחלות לב. זמן לא רב לאחר מכן היה רוברטס במשרדו בבולדר שבקולורדו, בשעה שפרצה השריפה ההרסנית ביותר בתולדות המדינה, ששרפה מאות אלפי דונמים וכילתה מאות בתים בפרברי העיר.

רוברטס, שהסתקרן לגלות אם ממצאיו במעבדה תקפים גם לעולם האמיתי, גרר לאוויר הפתוח מכשיר למדידת חומצות ובדק את האוויר בבולדר. הוא מדד את הריכוז הגבוה ביותר של חומצה איזוציאנית שנמדד עד אז באטמוספרה. איש לא חשב לחפש אותה לפני כן. "שני לילות לא הצלחתי לישון", הוא אומר. "קהילת שריפות הביומסה לא הייתה מודעת כלל לנוכחות של חומצה איזוציאנית בעשן. מה עוד לא ידענו?"

ככלל, איכות האוויר בערי ארצות הברית השתפרה מאוד מאז שהקונגרס חוקק את חוק האוויר הנקי ב-1970. אולם כששריפות יער פורצות ליד אזורים מיושבים, העשן שם קץ להישגים הללו. בשנת 2019 כל שמונה הערים המזוהמות ביותר בארצות הברית, בהתבסס על רמות האוזון, היו במערב המדינה. על פי רמות החח"ק 25 (PM 25) – חומר חלקיקי קטן מ-2.5 מיקרון – שעלולים להיאחז בריאות אנושיות ולחדור מהן למחזור הדם – 23 מ-25 הערים המובילות היו במערב ארצות הברית או באלסקה. והמגמה הזו צפויה בהחלט להימשך: שירות היערות צופה כי עד שנת 2050 שטח השריפות השנתי יוכפל.

חוקרים בבטן המטוסבתוך תא הנוסעים של ה-DC-8

הגורם המוביל לבעיה הזאת הוא שינוי האקלים: מערב ארצות הברית נהיה חם יותר ויבש יותר. ביולי 2019 פרסם חוקר המודלים האקלימיים פארק ויליאמס מאוניברסיטת קולומביה פרסם בכתב-העת Earth Future ממצאים חמישה בשטח השריפות בקליפורניה בין השנים 1972 ל-2018 קשורה בסבירות גבוהה לעלייה של 1.4 מעלות צלזיוס בטמפרטורות של יום חם. האשמה, הוא אומר, מוטלת על התחממות מעשה ידי אדם.

גם מצב היערות ממלא תפקיד משמעותי בהחמרת השריפות. אחרי שבמשך מאה שנה דיכאו את השריפות בחומרה, למרות חשיבותן למערכת האקולוגית של מערב ארצות הברית, הצפיפות ביערות רבים עלתה מעל ומעבר לגבול העליון שלהם בעבר. לדוגמה, בחלקים מסוימים של רכסי ההרים בקליפורניה יש 250 עצים לדונם במקומות שבעבר היו בהם בין 12 ל-18 עצים בלבד. בד בבד, אנשים ממשיכים לעבור לגור בתוך סביבות אקולוגיות (ביומות) המותאמות לשריפות.

בשנות ה-90, 30.8 מיליון איש בארצות הברית גרו בשטחים שחוו שריפות בתדירות גבוהה, או בסמוך להם; כעבור שני עשורים מספרם צמח ל-43.4 מיליון. ההתכנסות הקטלנית של שתי המגמות הללו הורגשה במלוא עוזה בשריפת קמפ ב-2018. הדליקה כילתה את העיירה פרדייז, שבה חיים 26.8 אלף תושבים, כששרפה 18,804 בתים והרגה לפחות 85 איש, רובם עוד לפני שהשמש סיימה לזרוח.

מדי שנה עולים באש בערך ארבעה אחוזים מהשטחים היבשתיים בכדור הארץ, וההרס הגובר אינו מוגבל לאמריקה בלבד. נכון למועד כתיבת שורות אלה, השריפות שפרצו בסוף 2019 בערבות אוסטרליה כילו שטח גדול פי שניים מזה שנשרף ב-2018 בקליפורניה וב-2019 באמזונס גם יחד. אף על פי שהשטח הכולל שנשרף מדי שנה מצטמצם עקב הפיכת שטחי בר לחוות ולשדות חקלאיים, שינוי האקלים מעודד דליקות בסביבות ללא היסטוריה של השתוללות שריפות ואף מסלים את אלה שפורצות באזורים שיש להם היסטוריה כזו. בקיץ 2018 חוותה צפון אירלנד שריפות בממדים חסרי תקדים. אותו דבר נכון גם ל-30 מיליון דונם בסיביר הארקטית והסוב-ארקטית. מדען השריפות סטיבן פיין (Pyne), פרופסור אמריטוס באוניברסיטת המדינה של אריזונה, כינה את תקופתנו "עידן האש" (Pyrocene).

מדעני NOAA לא התחילו מיד לחקור את עשן שריפות היער; הם פשוט לא יכלו להתעלם ממנו יותר. בתחילת האלף, כשחקרו ענני אובך שהגיעו מאסיה לחלק הארקטי של אלסקה, ואת איכות האוויר מחוץ לערים בצפון-מזרח המדינה, הם הופתעו לגלות שטביעות האצבע הכימיות של שריפות יער מכתימות את כל הנתונים שלהם.

"התמקדנו לאורך השנים בעיקר בזיהום עירוני, אך כשטסנו דרך האזורים העירוניים האלה מצאנו שם כל מיני חומרים משריפות יער", אומר רוברטס. בהדרגה הוא השתכנע שעשן ואיכות האוויר ראויים לעמוד במוקד הפעילות המחקרית של NOAA. תחזיות תצפיתיות על פליטות משריפות לא היו אמינות בתקופה ההיא, וגם לא כעת. במאמר שפורסם בשנת 2008 בכתב העת Journal of Applied Remote Sensing, השוו בין ארבעה מודלים לפליטות שריפה וגילו שהאומדנים לתרומה החודשית שלהם לפחמן באטמוספרה סוטים זה מזה ביחס של עד אחת לעשר. אחת הבעיות הייתה שמודלים של פליטות מזהמים משריפות בצפון אמריקה התבססו על נתונים שנאספו מ-39 שריפות בלבד, מספר זעום בהתחשב בהבדלים הגדולים בין שריפה אחת לאחרת.

כשסקרנותם גדלה קראו וורניק ורוברטס, עמיתים למחקר ב-NOAA, לשותפם משכבר הימים בוב יוקלסון (Yokelson) מאוניברסיטת מונטנה, שחקר עשן שריפות יער במשך למעלה משלושים שנה. יוקלסון, שהיה בעבר כבאי במונטנה, סייע להוביל את FIREX-AQ בתחילת הדרך. עד לפני כעשרים שנה, הוא אומר, הוא ועוד אי אלו פרופסורים עמיתים היו היחידים שערכו מחקרי שטח על עשן שריפות, כששכרו לשם כך מטוס טווין אוטר, העמיסו אותו במכשירים ושוטטו סביב שוליהם של עמודי עשן. הם התעניינו באותם אירוסולים, חלקיקי חומר וגזים שנמצאים במוקד תשומת הלב של FIEREX-AQ, אבל המדידות שלהם היו גסות הרבה יותר. יוקלסון הפריז בהערכת פשטותו של התחום, אך עד אז איש לא השקיע את המשאבים הנחוצים להפעלת מיזם רחב היקף. זה היה פשוט יקר מדי ומסוכן מדי. "טסנו בעיוורון לעבר העתיד", אומר יוקלסון.

חוקר מוסיף חנקן נוזלי לספקטרומטר מסותהחוקר שוּ לוּ מוסיף חנקן נוזלי לספקטרומטר מסות המשמש למדידת גזים נפוצים בעשן שריפות

רק כששרשרת של עונות עשן חמורות בקנה מידה היסטורי הבהירה שנכנסנו לעידן האש, החלו לזרום מיליוני דולרים למימון מבצעי מחקר גדולים. נוסף על DC-8, שיכול לטוס ברום גבוה ולמרחקים ארוכים, אבזרו אנשי צוות ה-FIREX-AQ מטוסים בעלי מדחפים במכשירים לדגימת איכות האוויר, במטרה לטוס נמוך וקרוב יותר לתמרות העשן, וכן ליישובים כפריים אפופי עשן.

הם גם ציידו משאיות בציוד דומה כדי לדגום עשן על הקרקע. במטוס הם הפעילו לייזרים בכמה אורכי גל למיפוי תלת-ממדי של עמוד העשן בזמן אמת; היה שם מכשיר למדידת אצטוניטריל, חומר הידוע כסמן של בעירת ביומסה, וחיישנים אחרים מדדו פחמן חום ושחור, הרכב של חלקיקים תת-מיקרוניים, ועוד שורה ארוכה של מרכיבים. אוסף הכלים הזה ימדוד חלקיקים וגזים מכל הצורות והגדלים שהטכנולוגיה המתקדמת ביותר יכולה ללכוד.

בזכות היכולת לקבוע ברמת הפרדה עדינה יותר מה יש בעשן ולזהות את התהליכים שיוצרים את המרכיבים המזיקים שבו, יוכלו חזאי איכות האוויר לחזות טוב יותר את ההשפעה של פליטות משריפת יער על בריאות האדם. הידע שנאסף על ההבדלים בין העשן הנפלט מסוגים שונים של שריפות יכול להקל על ניהולן, במיוחד כשמדובר בשריפות יזומות.

השריפות המבוקרות והמתונות האלה מחקות שריפות טבעיות ומציתים אותן כדי לצמצם את כמות חומרי הדלק שיהיו זמינים לשריפות עתידיות. מטעמים חברתיים, סביבתיים ורגולטוריים, גם מסובך במיוחד להבעיר אותן. הסוכנות להגנת הסביבה בארצות הברית (EPA) מפקחת בקפדנות על עשן משריפות יזומות, אף על פי שאין מחקרי שדה המראים שהפליטות משריפות בעצימות נמוכה רעילות באותה מידה כמו אש משתוללת פרועה. 

"כשהעשן נמצא בשמיים, השאלה היא אם לשלם עכשיו או אחר כך", אומרת סויה. היא מתכוונת שגם אם מנהלי השטחים בוחרים להצית אש בתנאים שלהם וגם אם הם מניחים לטבע לקבוע מתי יבער השטח המועד לשריפות, השמיים יתכסו עשן. ועדיין, סוגים מסוימים של עשן עלולים לפגוע בבריאות יותר מאחרים. "אנחנו חייבים להבין את גורמי הפליטה כדי שאנשים יוכלו לקבל החלטות טובות יותר בשטח".

חלקיקים מגוונים

בסתיו 2016 הגיע צוות ה-FIREX-AQ למעבדת האש של מונטנה במטרה להתחיל לקלף את השכבות סביב הפליטות. כדי לפענח מה קורה לעשן ברוח ואיך נוצרים בו אירוסולים רעילים ואוזון, היה עליהם להבין מה היה בו במקום הבעירה. אולי צמחים מסוימים יוצרים כשהם נשרפים עשן עם יותר אוזון וחח"ק 25 מאשר צמחים אחרים?

הצוות אסף אורני זפת ממונטנה, שיחי לילך מקליפורניה, אלונים מאריזונה ו-18 קבוצות נוספות של מיני צמחים שנשרפים לעיתים תכופות במערב ארצות הברית. הם ייבשו את הצמחים ושקלו אותם, ואז פיזרו אותם על רשת מתכת קלועה תחת מנדף ענק. כל סוג דלק הם הבעירו בשתי דרכים: אש חנוקה, שהעשן העולה ממנה נראה צמיגי כמו לבה, ואש חמה יותר שהעשן שלה מזדקף ומצדיע מתוך הלהבה.

להפתעתם הם גילו שטמפרטורת האש מכתיבה את אופי הפליטות הרבה יותר מסוג הצמח שנשרף. תרכובות אורגניות נדיפות מסוימות נפלטו בבעירה בטמפרטורות נמוכות, ואחרות נצפו בעיקר בבעירה בטמפרטורה גבוהה. טמפרטורת האש יכולה לנבא כ-80 אחוז מהפליטות הללו, לפי ממצאים שפורסמו ב-2018 ב-Atmospheric Chemistry and Physics.

בחלק מהבעירות הללו, החוקרים לכדו דגימות עשן בשקי טפלון והאירו עליהם באור על-סגול כדי לדמות אור שמש. הם התעניינו בחח"ק 25, שנפלטים בכל סוגי השריפות. חשיפה ארוכת טווח עלולה להסתיים במוות, אפילו כשהרמות נמוכות יותר מהמלצות הסוכנות להגנת הסביבה. בשנים 2017 ו-2018, למעלה מעשרמ מיליוני אנשים במערב ארצות הברית נחשפו לרמות חח"ק 25 גבוהות יותר מתקן איכות האוויר של הסוכנות. בשלושים השנים הבאות מספרם צפוי להתקרב ל-82 מיליון. עד שנת 2100 שאיפה כרונית של עשן שריפות צפויה לעלות בחייהם של 40 אלף איש בשנה ארצות הברית לבדה.

וורניק וקרופורד ליד גלגל המטוסהמדענים ג'ים קרופורד (מימין) וקרסטן וורניק

בתוך השקים, הפלט הראשוני של חח"ק 25 התפזר במהירות ורמות החלקיקים ירדו – כצפוי. אך בחלק מהניסויים כימיקלים מסוימים התחילו להתעבות כעבור כמה שעות. כמו טיפות של כספית שמתלכדות יחד, חלקיקים אחרים התיישבו על המשטחים הגדֵלים הללו, עד שרמות החח"ק 25, שצנחו רק שעות ספורות קודם לכן, שבו ועלו בצורה חדשה.

וורניק לא היה בטוח מהו התהליך שמסביר את ההיווצרות המחודשת של חח"ק 25, אבל האמין שיש לו נקודת מוצא. הרמות עלו בדרך כלל בנוכחות קטכול, מולקולה גדולה המצויה באבני הבניין של העץ, ונפלטה מאש חנוקה. הדבר המסקרן ביותר בתגלית הזאת היה הרעיון שאם יימצא קשר בין טמפרטורת האש ליצירת חח"ק 25, ייתכן שנוכל לחזות את פליטת החח"ק 25 משריפות על ידי לוויינים שמודדים כבר כעת את עוצמת השריפות. הוא ומאט קוגון (Coggon), חוקר ב-NOAA, גם מצאו שקטכול עשוי למלא תפקיד מרכזי ביצירת האוזון המיוחסת לשריפות יער.

אוזון פוגע בתפקוד הריאות בחשיפות חוזרות ונשנות. הוא אינו נפלט ישירות משריפות היער, אלא נוצר כשחנקן חמצני, תרכובות אורגניות נדיפות ואור השמש מתערבבים ביחסים המתאימים. בעשן יש תמיד תרכובות אורגניות נדיפות, ואור שמש הוא חבר טוב של הלהבות. אך יצירת חנקן בשריפות יער היא סיפור אחר. אש חנוקה משחררת מהצמחים אמוניה, גרסה של חנקן שאינה מגיבה היטב. לעומת זאת, אש חמה משחררת חנקן חמצני, שהוא נדיף. "העניין המורכב הוא שהתהליכים הכימיים בתוך ענן העשן הם לוהטים למדי", אומר קוגון. "בשריפות גדולות מספיקה שעה אחת כדי שנקבל משהו שונה מאוד ממה שנפלט במקור".

ההסבר לשינוי הזה ידוע היטב כבר קרוב לעשרים שנה. חנקן חמצני המשתחרר מצמחים בשריפות ענק מתרומם באוויר עם העשן ונישא בחום האש אל הטרופוספרה העליונה. במהלך העלייה, חלק מהמולקולות מגיבות עם רדיקלים, כך שאחרי שרשרת של תגובות, מה שהחל כחנקן חמצני יכול להפוך לפרוקסיאציל ניטרט (PAN), מולקולה יציבה יחסית בטמפרטורות קרות מספיק. כל עוד העשן ממשיך לשייט בטמפרטורות הקרות של הטרופוספרה העליונה, החנקן נותר כלוא ויצירת האוזון מוקפאת בפועל.

אולם כאשר העשן מתחיל לשקוע מחדש לרום נמוך יותר ששוררות בו טמפרטורות גבוהות יותר, ה-PAN מתפרק והחנקן החמצני חוזר. לפתע פתאום, במרחק של מאות קילומטרים ואף אלפים בכיוון תנועת הרוח מהשריפה, עלול להיווצר אוזון בכמויות רעילות לאדם. זה עוזר להסביר מדוע, בשריפות יער מסוימות, רמות האוזון מזנקות בערי המערב התיכון ואפילו במזרח ארצות הברית, בשעה שענני העשן מהמערב נסחפים מזרחה. אזורים עירוניים, ששופעים גם כך חנקן חמצני ממכוניות ומתעשיות הצורכות דלקי מחצבים, יכולים לזנק הרחק מעל לתקן איכות האוויר שלהם, כשחומרים שנפלטו משריפות יער נישאים במשבי הרוח לתוך עיר ביום קיץ חם. התנאים האלה זיכו את סיאטל במעמדה של העיר שאיכות האוויר בה היא הגרועה בעולם כמה וכמה פעמים במהלך 2018.

חוקרת מכינה מכלים לדגימות אווירהדןקטורנטית ונסה סלמוביץ' מכינה מכלים לדגימות אוויר

מה שוורניק וקוגון ביקשו לדעת הוא אם גם מולקולות אחרות שנפלטות משריפות משחקות תפקיד דומה לזה של PAN. במחקרי המעבדה שלהם הם מצאו קטכולים, שהם חומרי המוצא לתרכובות ניטרו-ארומטיות, שלמרבית הפלא משמשות לטיפול בשיעול. הממצא לא נראה מעניין במיוחד בתחילה – סתם עוד מולקולה אחת מתוך מאות תרכובות אורגניות נדיפות שזוהו. אבל במהלך השנתיים הבאות פיתח קוגון מודל כימי שמציע כי תרכובות ניטרו-ארומטיות עשויות לשחק תפקיד במחזור החיים של החנקן ולכן ביצירת האוזון. "כשהם נמצאו, היה פחות אוזון", הוא אומר.     

לאחר שבחן את מה שכינה "חישוב על גב מעטפה", שהתבסס על הרצת המודל, חשד קוגון ששריפות יער אמורות ליצור תרכובות ניטרו-ארומטיות בכמות גדולה. המולקולות הללו מעולם לא נחקרו בהקשר הזה. לכן, וורניק וקוון פיתחו מאמצעי קיים מכשיר שמודד את ריכוז המולקולות כל עשירית שנייה. המכשיר, שנקרא ספקטרומטר מסה של תגובת העברת-פרוטון, קטן דיו כדי להיכנס בעגלה לתוך ה-DC-8, והוא שסיפק לקוגון רמז על תופעה מדהימה במהלך הטיסה.

אותות בעשן

"אנחנו נכנסים אליו! אנחנו נכנסים אליו עכשיו!" קרא קרופורד במערכת התקשורת של המטוס כשה-DC-8 החל לרעוד ולצפצף. שעה וחצי אחרי שנטשו את שריפת נורת' הילס במונטנה, ה-DC-8, שנכנס לצלילה מהירה, הגיע ל"טוס לכאן עכשיו": שריפה בשטח של 55 קמ"ר שפרצה בטוקר (Tuker), בצילו של הר שסטה. כשהמטוס נכנס לתוך העשן, האור נהיה כתום וריח של עשן עצים מילא את תא הנוסעים.

קוגון ישב מאחורי כנף המטוס השמאלית והתבונן במסך שהציג נתונים מהספקטרומטר. התרשים מדד את ההרכב המולקולרי של מאות תרכובות אורגניות שונות, אבל עיניו של קוגון התמקדו בקטכול, שהכמויות הגבוהות מאוד שלו החלו לצנוח במהירות. "יש כאן אפילו יותר ממה שראינו לפני יומיים!" אמר.

הספקטרומטר לא היה יכול לזהות תרכובות ניטרו-ארומטיות – אלא רק את חומרי המוצא שלהן. אבל קוגון כבר חשד לאן הקטכול נעלם. לפתע פתאום הוא זינק על רגליו והתנודד בעיצומן של הרעידות שיצרו מערבולות האוויר לעבר הדוקטורנט ויאט בראון, שנמצא בערך בשליש הדרך לאורך תא הנוסעים. בראון הפעיל מכשיר שיכול לזהות את מה שנבצר מידיו של קוגון: אירוסולים תת-מיקרוניים כמו התרכובות הניטרו-ארומטיות. "אתה רואה אותן?" שאל קוגון. בראון הצביע על המסך – ניטרוקטכול, שהוא סוג של תרכובת ניטרו-ארומטית, זוהה מעל לכל ספק.

ציוד מחקר מוכן לשימושציוד בבסיס המבצעים בבויז שבאיידהו

התגובה של קוגון הייתה צבעונית מכדי שנעלה אותה על הכתב. אף שחזה באישוש בעולם האמיתי לכימיה שראה במודלים, מטמון הנתונים החדשים היה רק צעד ראשון בתהליך סבוך. קוגון שיער לאחר מכן שיידרשו עוד שנתיים ומחקרים נוספים כדי לקבוע אם הניטרוקטכול אכן היה מאגר של חנקן, שבדומה ל-PAN כולא זמנית את היסוד ומעכב את ייצור האוזון, או שמא הוא קולט אותו לצמיתות ומונע לגמרי את ייצור האוזון. לכל אחת מהתיאוריות היו השלכות פוטנציאליות רחבות היקף על החיזוי של יצירת אוזון מעשן, ולכן על השפעת העשן על אנשים.

תעלומות כאלה צצו לעיתים תכופות במהלך המבצע. קרה למשל שהם מדדו בטעות שריפת בית כשניסו לדגום שריפת ביומסה בקנזס, מקרה בוחן שעשוי להיות שימושי במיוחד בהתחשב בתדירות הגוברת שבה מבנים מעשה ידי אדם עולים באש במהלך שריפות יער. הייתה גם השריפה המבוקרת בעצימות נמוכה של אורנים בפלורידה שיצרה שפע של אוזון כמעט מיד אחרי ההצתה, בשעה ששריפת יער רבת עוצמה בוושינגטון כנראה לא יצרה אותו כמעט בכלל. וורניק ניחש, וקיווה, שהנתונים יאשרו, שהשונות נובעת מכך שהאש בפלורידה שרפה דלקים עתירי חנקן ביום שמשי עם מעט עשן, בעוד שבוושינגטון, שם העשן התרומם לגובה של 9,000 מטר, עמוד העשן היה סמיך מדי לחדירה של אור שמש ישיר, ולכן מנע את התגובות הכימיות. אולי התעלומה המטרידה מכולן הייתה ההיווצרות המשנית של חח"ק 25. בכמה שריפות הם ראו את רמות החח"ק 25  צונחות, לפני שעלו בשנית. האם התהליכים שבהם צפו במעבדה התרחשו גם בטבע?

לאחר שעה של טיסת שתי וערב דרך עננת העשן של שריפת טוקר, השמש צללה מאחורי האוקיינוס השקט. מחוץ לחלון המטוס, האש עדיין נראתה על הקרקע, רצועה כתומה וארוכה מתפתלת בעלטה. הדלק של ה-DC-8 כמעט נגמר. הטייס היטה את המטוס מזרחה לכיוון בויז, וקרופורד נטש לבסוף את תא הטייס. "כאירוע פליטות בודד, זאת הייתה טיפה בים", אמר. "אבל הפרטים שנוכל להפיק מכאן עומדים להיות רבי ערך".

בקרוב המדענים יפנו למשימה הפחות מרגשת של עשיית סדר בנתונים וכתיבת מאמרים שעשויים לשנות מודלים וכלי חיזוי הקשורים לבריאות. הרחק באופק אפשר לראות איך הכלים הללו יוכלו "אידיאלית להקל את הפיקוח כך שיהיה קל יותר להצית שריפות יזומות", הסבירה סויה. אך בלילה ההוא, כשהם ספוגים בריח של עשן, המדענים לחצו ידיים ובירכו זה את זה. מישהו צחק שוורניק היה צריך לדאוג שמקלחת של משקה אנרגיה תחכה לצוות עם הנחיתה.

תרגם: גל מנלה

פורסם במקור בגיליון מרץ 2020 של כתב העת סיינטיפיק אמריקן

לקריאה נוספת

  • Between Two Fires: A Fire History of Contemporary America. Stephen J. Pyne. University of Arizona Press, 2015.
  • U.S. Particulate Matter Air Quality Improves Except in Wildfire-Prone Areas. Crystal D. McClure and Daniel A. Jaffe in Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 115, No. 31, pages 7901-7906; July 31, 2018.
  • The Impact of Prescribed Fire versus Wildfire on the Immune and Cardiovascular Systems of Children. Mary Prunicki et al. in Allergy, Vol. 74, No. 10, pages 1989-1991; October 2019.

מארכיון סיינטיפיק אמריקן

  • As Alaska Warms, Wildfires Pose a Growing Threat. Jane Wolken; ScientificAmerican.com, May 31, 2019.

 

0 תגובות