Поиск - новости науки и техники

Ловцы мусорного ветра. Уникальная система мониторинга позволяет анализировать состояние атмосферы.

Есть глобальные проблемы, обсуждение которых не прекращается десятилетиями – и на строгих научных конференциях, и в эмоциональных публикациях средств массовой информации. К ним, несомненно, относится грозящее человечеству глобальное потепление. Почти два десятка лет прошло с момента подписания Киотского протокола (1997) о системе мер по сокращению выброса в атмосферу парниковых газов. Согласно этому протоколу, каждая страна имеет квоты на выбросы, при превышении которых должна закупать излишки у стран, квоты не выбирающих. Увы, добиться, чтобы соглашение заработало в полной мере, так и не удалось – США протокол не ратифицировали, а Канада из него вышла. С 30 ноября по 11 декабря 2015 года в Париже пройдет 21-я конференция Рамочной конвенции ООН по вопросам изменения климата, на которой планируется разработать новое соглашение взамен Киотского. При подготовке таких документов особую важность приобретают объективные данные о состоянии атмосферы, сбору которых способствует реализация проекта “Развитие региональной системы мониторинга парниковых газов, предназначенной для анализа распределения и многолетней изменчивости их концентрации на территории Западной Сибири”. Расположенный в Томске Институт оптики атмосферы СО РАН занимается этой тематикой много лет. О достигнутых результатах рассказывает заместитель директора ИОА по научной работе доктор физико-математических наук Борис БЕЛАН.

  – Доказательств того, что глобальное потепление продолжается, достаточно – почти в каждом номере Nature есть на эту тему публикации, – говорит Борис Денисович. – Более того, данные нашего мониторинга показывают, что начал сбываться печальный прогноз ученых: сибирские леса перестали усваивать углекислый газ, и с 2005 года его концентрация в атмосфере стала ежегодно расти. До того в течение 8 лет уровень CO2 не менялся. Сейчас мы проверяем другие факторы, влияющие на процесс. Казалось бы, глобальное потепление должно идти лесам на пользу, однако данные мониторинга вызывают тревогу. Важность таких наблюдений трудно переоценить: например, мы вели проект с французами по исследованию переноса выбросов на территорию Сибири. Французские ученые подготовили модели для расчета, но, когда с целью их верификации мы провели несколько вылетов на специально оборудованном самолете-лаборатории от Томска через Мирный до Якутска и назад – через Братск, Красноярск и Новосибирск, измерения показали, что Уральские горы являются достаточно эффективным препятствием. Прямого пути, который предусматривался в расчетной модели, не существует. Парниковые газы попадают на территорию Сибири либо по южной траектории – через Казахстан, либо по северной – через Арктику. Наш проект зондирования на самолете, начатый в 1997 году совместно с японскими партнерами, не имеет аналогов в мире по регулярности наблюдений. В 20-х числах каждого месяца ровно в 13-00 мы летали над Караканским бором юго-западнее Новосибирска и измеряли вертикальные профили концентрации парниковых газов на высоте от 500 до 7000 метров. Именно на основании этих наблюдений удалось констатировать, что леса, возможно, не успевают поглощать углекислый газ. Потом появилась идея получать результаты с большей площади, и мы оснастили специальным оборудованием
8 радиолинейных и телевизионных мачт (сейчас, увы, осталось только шесть – самая западная около Челябинска, самая восточная – в Карасеве в Томской области). Удалось создать развернутую систему благодаря помощи зарубежных партнеров – Япония, озабоченная последствиями глобального потепления, в 1990-х начала выделять значительные средства на фундаментальные исследования, и долгие годы мы осуществляли совместный проект.
Мониторингу новшества только вредят: наблюдения должны вестись по тем же методикам на тех же приборах в течение многих лет, лишь тогда можно говорить о достоверности данных. К сожалению, здесь не обходится без проблем: вылеты на самолете, с помощью которых проводятся наиболее комплексные измерения, перестали быть регулярными, борт пришлось поменять из-за финансовых проблем у авиаперевозчика. Между тем данные пользуются огромным спросом – зарубежные коллеги готовят ряд публикаций уже по одному вылету, дотошные томичи сравнивают результаты нескольких полетов. А когда в совместных исследованиях с французами случайно захватили и проанализировали “хвосты” лесных пожаров, на статью тут же последовало около 50 ссылок – Россия в этой области до сих пор была “белым пятном”. Увы, из 30 самолетов-лабораторий, принадлежавших разным ведомствам, “в строю” остался только тот, который использует ИОА. Правда, в 2013 году подобный самолет оборудовала Гидрометеослужба на базе ЯК-42, но из-за недостатка финансирования он почти не летает.
 Альтернатив мониторингу с самолета и станциям наблюдения пока не предвидится: много надежд возлагалось на спутники, но сегодня данные с них не могут обеспечить даже те весьма приблизительные коридоры, которые задаются авторами расчетных моделей. Слишком велики погрешности. Авиамониторинг позволяет делать интересные проекты и с учеными других специальностей. Так, недавно ученые ИОА исследовали концентрацию в атмосфере биологических аэрозолей совместно с вирусологами ГНЦ ВБ “Вектор”. Выяснилось, что микробы, грибы и вирусы наличествуют даже в самых холодных местах, причем с высотой их концентрация не падает. Так что история о вспышке эпидемии гриппа на абсолютно изолированном корабле где-нибудь в океане вполне реальна – вирус могло принести ветром.
– Кстати, результаты проекта показывают, что не всегда антропогенное воздействие наносит ущерб природе, – продолжает Б.Белан. – Проводя мониторинг, мы вели измерения параллельно на естественном и на мелиорированном болоте. Констатировали, что решение советских времен о мелиорации было верным – выбросы с мелиорированного болота в 4-5 раз меньше. К сожалению, у японцев сменился лидер, финансирование по проекту закончилось, и мы поняли, что пора, наконец, поддерживать существующую систему мониторинга с помощью российских средств – подали заявку и выиграли конкурс в ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы”. Поддержка Минобрнауки по этому проекту позволяет продолжать исследования.
Раньше имелись только две глобальные сети, следившие за выбросами в атмосферу, – Всемирная метеорологическая организация и американская сеть Глобальная система мониторинга (NOAA/ESRL’s). С 2012 года ЕС начал создание сети ICOS с очень жесткими требованиями и к точности наблюдений, и к набору инструментов для мониторинга. Институт оптики атмосферы ведет переговоры по включению в эту сеть нашей фоновой обсерватории на берегу Оби. Борис Денисович Белан считает, что в области мониторинга традиционно сильны американцы: в США хорошо развит не только фоновый мониторинг парниковых газов, но и мониторинг внутригородской. В Японии недостаточное количество фоновых станций, но внутригородской мониторинг выбросов идеален – каждая префектура оснащена своей системой контроля. Отслеживают парниковые газы Великобритания, Франция, ФРГ, создает сеть станций Китай. Что касается России, внутригородской мониторинг выбросов хорошо налажен только в Москве (оборудование закуплено на деньги Московского правительства). Благодаря столичным наблюдениям ученым из московского Института физики атмосферы удалось показать, что с переходом на стандарты Евро-4 и ужесточением экологических норм концентрация сажи в Москве разительно уменьшилась. Данные мониторинга последних лет томского Института оптики атмосферы тоже демонстрируют изменения ситуации к лучшему: прогрессивные методы сжигания топлива привели к тому, что концентрация CO (угарный газ) уменьшилась на всех высотах. С другой стороны, возрастание количества автомобилей и массовое их скопление на узких улицах приводят к тому, что в список “грязных” городов из-за превышения в отдельных районах ПДК выхлопных газов попадает даже таежный Томск.
– Проблема в том, что с середины 1990-х сменилась парадигма у Минприроды: до этого все занимались экологией, а потом в местных газетах перестали публиковать данные о состоянии воздуха. Сейчас господствует подход “Нет информации – нет проблемы”, – огорчается Борис Белан. – В начале 1990-х мы проводили цикл работ по обследованию на самолете промышленных центров. Самый грязный город, который я видел, – Нижний Тагил, там наблюдались дымы всех цветов радуги. Еще один город, не предназначенный для жизни, Норильск. Во время вой­ны построено три комбината, их окружают микрорайоны, и с какой бы стороны ни дул ветер, выбросы одного из комбинатов накрывают город. Более того, в 1994 году в Норильске сгорели очистные сооружения, и выяснилось, что экономически выгоднее платить штрафы за выбросы в атмосферу, чем эти сооружения восстанавливать, а переработка отходов (например, производство серы) становится абсолютно нерентабельной из-за логистики. Единственное существующее ограничение в плане экологии – шлейф выбросов долетает до Канады, есть международные претензии на трансграничный перенос, поэтому норильские производители уменьшили высоту трубы с 500 до 300 метров и теперь накрывают только себя, Чукотку и Диксон.
Чтобы данные мониторинга соответствовали международным стандартам, к оборудованию стационарных станций предъявляются высокие требования: линейка приборов только от ограниченного числа производителей, иначе рецензенты в международных журналах не признают данные достоверными, очень дорогие поверочные смеси для калибровки приборов. В процессе эксплуатации выясняются интересные моменты: так, российские фильтры для очистки воздуха, разработанные в свое время академиком Петряновым-Соколовым, до сих пор опережают зарубежные аналоги – обычные отечественные противогазные коробки и работают дольше импортных, и очищают лучше. Камеру для фиксации потоков с почвы сотрудники ИОА разрабатывают своими силами – это должно стать одним из результатов проекта по ФЦП. Дело в том, что не все камеры выдерживают работу в полевых условиях: у японских есть проблемы с проветриванием, а финские забиваются снегом.
– К окончанию проекта в 2016 году также планируем разработать техническое задание на “типовой пост”, – добавляет Борис Денисович. – Это компактный вариант станции мониторинга, которым можно было бы оборудовать имеющиеся у вузов стационары, где ведутся измерения. Такой комплекс помог бы в обу­чении студентов экологических специальностей современным методикам. Пока интерес проявил только Сибирский федеральный университет.

Фото предоставлено Б.Беланом

Спецвыпуск подготовили Ольга Колесова и Елена Зайцева

ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF

Нет комментариев