Пенсионный советник

Выхлоп не помеха облакам

Маслянистые частицы не влияют на процесс образования облаков

Дмитрий Малянов 19.02.2013, 10:07
Процесс образования облаков изучила с борта самолета «облачная машина» iStockPhoto
Процесс образования облаков изучила с борта самолета «облачная машина»

Маслянистые и вязкие частицы не влияют на процесс образования облаков, установили климатологи в серии опытных замеров конденсационной активности аэрозолей в разных частях планеты. Этот результат ликвидирует неопределенность при оценке вклада разнообразных выхлопов и выбросов в изменение климата.

Вязкие и маслянистые органические соединения, попадающие в атмосферу с промышленными выбросами и при сжигании углеводородного топлива, не влияют на скорость образования облаков, установили климатологи в серии экспериментов с «летающей облачной трубой» — активным высотным спектрометром облачных ядер конденсации. Полученные результаты позволят построить более точные модели, описывающие влияние различных антропогенных факторов на климат.

Прогнозирование глобальной погоды с помощью «чистых» газодинамических моделей, описывающих тепловой обмен между атмосферой, твердой поверхностью Земли и океанами, означает получение таких же «чистых», далеких от реальности результатов, не учитывающих множество известных и малоизученных факторов, влияющих на климат.

Уверенных гарантий, что выводы некоторых исследовательских групп (например, о связи глобального потепления с ростом концентрации CO2) описывают реальное положение дел, а не являются следствием неполноты используемых моделей, дать пока никто не в состоянии.

Единственный способ уменьшить эту неопределенность — сделать модели более «грязными», то есть учесть максимальное число известных факторов, влияющих на климат.

«Грязными» почти в буквальном смысле: в последние несколько лет все более популярными объектами климатических исследований становятся различные атмосферные загрязнения — аэрозоли. Воздушная взвесь мельчайших твердых и жидких частиц может влиять на климат как прямо — экранируя часть радиации Солнца и Земли, так и косвенно — изменяя скорость конденсации водяного пара, и, таким образом, скорость формирования облаков — один из важнейших показателей при изучении климата.

Частицами, играющими роль центров конденсации пара, могут быть кристаллы морской соли и другая мелкодисперсная минеральная пыль естественного и искусственного происхождения (нитраты, сульфаты, сажа и т. д.), растительная пыльца, микроорганизмы, присутствующие даже в верхней тропосфере, а также вторичные аэрозоли, например микрокапли серной кислоты, которая образуется при окислении двуокиси серы вулканического происхождения в присутствии водяных паров.

В списке атмосферных взвесей есть еще один компонент, который, как считалось долгое время, существенно влияет на процесс образования облаков, — маслянистые и вязкие органическая соединения, попадающие в атмосферу при сжигании углеводородного и биотоплива. Предполагалось, что на различных аэрозольных частицах, оказавшихся в оболочке из такой «прилипчивой» органики, водяной пар конденсируется медленнее, что, в свою очередь, меняет характеристики облачности в районах, где наблюдается ее повышенная концентрация в атмосфере.

Оценить влияние таких аэрозолей на климат особенно важно в случае регионов, зависящих от муссонных осадков, например Южной Азии и Индии, где сжигаются большие объемы дешевого дизельного и биотоплива.

Согласно результатам исследования, полученным группой климатологов из Технологического института Джорджии (США) и опубликованным в Proceedings of the National Academy of Sciences, представление об угнетающем действии маслянистых аэрозольных взвесей на процесс образование облаков неверно.

Группа провела высотные и наземные замеры конденсационной активности различных аэрозолей, включая углеводородно-пылевые взвеси, в десяти различных регионах Северного полушария, включая место аварии нефтедобывающей платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе.

«Оказалось, что не имеет никакого значения, сколько такой органики взвешено в атмосфере и есть ли она там вообще: во всех случаях скорость образования микрокапель оставалась одинаковой. Даже в экстремальных условиях, сложившихся над местом аварии Deepwater Horizon скорость не отличалась от типичной скорости конденсации водяного пар на взвешенных в воздухе частицах морской соли», — констатирует Атанасиос Ненес, профессор Школы химического и биомолекулряного инжиниринга Технологического института Джорджии.

Для изучения активности аэрозолей группа Ненеса построила конденсационную мини-камеру, состоящую из длинной металлической трубки, внутри которой поддерживался искусственный градиент температуры — высокой на входе и низкой на выходе. Стены камеры специально увлажнялись для поддержания нужных концентраций водяного пара.

Камера, установленная за бортом самолета, выполняла функцию своеобразной облачной машины.

Испаренная со стенок трубки влага конденсировалась в холодной части на постоянно поступающих в камеру частицах атмосферных аэрозолей, которые сразу же поступали в счетчик частиц и хроматограф, где анализировался их химический состав. «Единственная разница между облаком внутри камеры и снаружи состояла в том, что мы могли точно регулировать температуру и количество водяного пара. Это позволяло производить точный замер конденсационной активности атмосферных аэрозолей», — объясняет Ненес.

В общий сложности начиная с 2004 года Ненес и его студенты организовали десять миссий на самолетах NASA, Национального научного фонда, морского флота США и Национального управления океанических и атмосферных исследований, проведя замеры над территориями Арктики, Канады (в период лесных пожаров), промышленными зонами США, Мексиканским заливом, лесами Финляндии и Средиземноморьем, атмосфера над которым часто загрязнена пылью, приносимой из Сахары.

Несмотря на то что состав аэрозольных взвесей, попадавших в камеру, был всегда разным, темпы конденсации водяного пара и образования микрокапель оставались одинаковыми, в том числе над промышленными зонами и местом аварии Deepwater Horizon, где концентрация маслянистых и вязких аэрозолей была высокой и даже экстремально высокой.

Строго говоря, поскольку режимы влажности и температуры, создаваемые в конденсаторе, несколько отличались от естественных, полученные результаты отображают скорей искусственные сценарии образования облаков, реализованные в камере без учета таких факторов как, например, солнечная радиация или естественная турбулентность.

Но даже при учете этих факторов и коррекции некоторых данных вывод, что органические аэрозоли не влияют на скорость формирования облаков, остается, по мнению авторов статьи, в силе.

Таким образом, предыдущие представления об особой роли органических аэрозолей в регуляции климата посредством изменения характеристик облачности тоже должны быть пересмотрены. Возможно, их влияние проявляется в чем-то другом, но на облачность грязные выхлопы мазутных, дизельных и дешевых бензиновых двигателей не влияют точно.