Поиск - новости науки и техники

Мелкие пакостники. Атмосферные аэрозоли грозят крупными неприятностями.

Прошлогодние лесные пожары в Подмосковье и извержение вулкана в Исландии показали, насколько опасны аэрозоли – мельчайшие частички различных веществ, взвешенных в атмосфере Земли. Накрывший Москву удушливый смог оказал негативное влияние на здоровье людей, а пепел проснувшегося вулкана парализовал авиаперевозки в Европе.
Эти события лишний раз подтвердили: технический прогресс пока ничего не может противопоставить внезапному нашествию мириад пылинок природного или антропогенного происхождения. Как выясняется, их роль в нашей жизни весомее, чем считалось раньше. Судя по результатам исследований последних лет, атмосферный аэрозоль исключительно важен для формирования климата нашей планеты, поскольку он активно взаимодействует с солнечным излучением и способствует образованию облаков.
Для того чтобы оценить эффект влияния аэрозолей на развитие глобальных климатических изменений, на февраль этого года запланирован запуск космического аппарата Glory. Научным руководителем этой космической миссии является уроженец Украины Михаил Мищенко, главный научный сотрудник Годдардовского института космических исследований НАСА. Михаил родился в Симферополе, окончил Московский физико-технический институт, защищал кандидатскую и докторскую диссертации в Киеве, в Главной астрономической обсерватории НАНУ.
– Михаил, когда у вас возник интерес к атмосферным аэрозолям?
– Все началось еще в СССР, где я сформировался как специалист в области поляриметрии – это метод исследования аэрозолей по характеристикам рассеянного солнечного света. Рассеянные лучи несут важную информацию о свойствах частиц, в том числе об их размере, форме и показателе преломления.
По оценкам специалистов, общая масса атмосферного аэрозоля составляет около 60 мегатонн, или около 10 микрограммов на каждый сантиметр земной поверхности. В основном я изучаю аэрозоли, которые содержатся в атмосферном слое до высоты 5-6 километров от земной поверхности, – там их больше всего. Это очень сложный компонент атмосферы, пестрое и динамичное сообщество частичек разного происхождения и размера. Здесь сосуществуют как природные, так и антропогенные аэрозоли – выброшенные океанами кристаллики соли, сульфаты от двигателей внутреннего сгорания, сажа от пожаров, песчинки и частицы почвы, тяжелые металлы, полихлорированные органические соединения, пыльца растений и т.д.
В то время как одни частицы поднимаются в воздух, а другие мигрируют в атмосфере, третьи оседают на Землю или вымываются дождями. Происходит своеобразный круговорот аэрозолей в природе. Количество частиц в атмосфере увеличивается не только после лесных пожаров или извержения вулканов, но и после пылевой бури в пустыне, введения в строй тепловой электростанции или роста числа автомобилей в каком-либо регионе. Например, активным поставщиком антропогенных аэрозолей сейчас являются бурно развивающиеся экономики Индии и Китая, где мало применяются современные технологии очистки промышленных выбросов. В то же время такого рода “вклад” постсоветских стран сократился из-за падения промышленного производства в 1990-х годах.
– А если говорить в общем?
– По нашим оценкам, на протяжении 1990-х годов слой тропосферных аэрозолей в среднем значительно уменьшился, то есть атмосфера нашей планеты стала прозрачнее. Таковы результаты исследований, проведенных в рамках Global Aerosol Climatology Project – совместного научного проекта НАСА и World Climate Research Programme. Если этот результат верен, то он означает, что глобальное потепление климата вызвано не только парниковым эффектом, но отчасти и тропосферными аэрозолями – взвеси, содержащие черный углерод, например сажа, поглощают солнечное излучение, нагревая атмосферу.
– Что даст ученым запуск космического аппарата Glory?
– Этот орбитальный спутник Земли стоимостью 419 миллионов долларов предназначен для изучения влияния на климат нашей планеты двух важнейших факторов – солнечной активности и аэрозолей. Он оснащен поляриметром – первым орбитальным инструментом такого рода, который поможет каталогизировать различные типы мигрирующих в атмосфере частиц. По сути, сегодня это единственный способ определить их химический состав по наблюдениям из космоса.
Эти мельчайшие и зачастую невидимые глазу частицы вещества, плавающие в воздушном океане, таят еще множество загадок. Например, известно, что они могут служить ядрами конденсации пара: искусственно увеличивая количество аэрозольных частиц, мы тем самым в потенциале увеличиваем и облачность. Однако изучать аэрозоли со спутников невероятно сложно, поскольку оптический сигнал от частиц часто “замывается” шумами измерения. Именно здесь поляризация оказывается совершенно незаменимым и непревзойденным по информативности орудием исследования.
– Сможет ли космический аппарат Glory застать следы летних пожаров в России и извержения вулкана в Исландии?
– Думаю, вероятность обнаружения частиц, которые остались взвешенными в атмосфере, близка к нулю. Хотя во время этих событий содержание аэрозолей в определенных местах могло увеличиться очень существенно (в Москве по сравнению со средними значениями в 10 раз), глобальное влияние этих двух событий было относительно слабым. Не сопоставимым, например, с влиянием мощного извержения вулкана Пинатубо в 1991 году на Филиппинах, которое ощущалось на протяжении по меньшей мере двух лет. А вот если бы спутник Glory во время этих событий уже летал, то результаты наблюдений были бы исключительно интересными.
– Информация со спутника будет попадать к ученым в режиме реального времени?
– Да, поступающие данные мы будем сразу переводить в физические параметры аэрозолей: распределение по размерам, химический состав, количество частиц в единице объема. Последний параметр очень важен с точки зрения влияния аэрозолей на облака. Чтобы его определить, нужна очень большая точность измерений, которая до сих пор никем не была достигнута.
– А сейчас можно предположить, какое влияние оказывают аэрозоли на климат?
– В том-то и дело, что это влияние имеет неоднозначный характер. Если аэрозольные загрязнения в виде солей серной или азотной кислот отражают солнечные лучи и тем самым до некоторой степени нивелируют эффект парниковых газов и противостоят глобальному потеплению, то, как я уже говорил, взвеси, содержащие черный углерод, поглощают солнечное излучение и усиливают потепление климата. Большинство ученых сходятся на том, что в среднем аэрозоли делают климат более холодным, потому что большей частью они отражают солнечное излучение обратно в космос и стимулируют образование облаков. То есть чем больше аэрозолей в атмосфере, тем меньше солнечного излучения проникает к поверхности Земли и нагревает ее. Однако охлаждающий эффект аэрозолей “противостоит” утепляющему эффекту парниковых газов – двуокиси углерода, метана и водяного пара.
Скорее всего, рано или поздно парниковые газы возобладают, поскольку двуокись углерода выбрасывается в атмосферу в огромных количествах. Существуют разные прогнозы, разные модели климата, но все они далеко не идеальны. Климат меняется. Нужно понять, как именно и почему. В результате природных процессов или воздействия человека? В настоящее время ответ на эти вопросы чрезвычайной важности определяется, по сути, “научным голосованием” совокупности специалистов, изучающих и моделирующих климат. Мы надеемся, что с помощью поляриметрических наблюдений со спутника Glory точность и надежность таких прогнозов существенно возрастут.
– Вы с 1992 года в США. Как вам там работается?
– Мне в общем-то повезло: переехав в США, я смог продолжить работу над своей прежней научной тематикой. Правда, если в СССР я занимался аэрозолями в атмосфере Юпитера, то в НАСА – Земли. Но это не принципиальная разница: физические процессы взаимодействия света с частицами и, соответственно, законы, которые их описывают, одни и те же.
Директором Годдардовского института космических исследований НАСА является Джеймс Хансен, которого по праву считают самым влиятельным климатологом современности. Журнал Time Magazine называл его имя в числе 100 самых влиятельных людей в мире. Ученый одним из первых обратил внимание на угрозу глобального потепления климата вследствие растущей концентрации в атмосфере парниковых газов. Насколько я знаю, Хансен был научным консультантом Альберта Гора в бытность последнего вице-президентом США. Именно за свои усилия по охране окружающей среды и борьбе с грядущей климатической катастрофой в 2007 году Гор получил Нобелевскую премию мира.
Можно добавить, что ученый даже попал в герои романа американского фантаста Майкла Крайтона, который стал известен во всем мире благодаря экранизации его книги “Парк Юрского периода”. В этом романе талантливый писатель так “убедительно” обвинял климатологов в преступном заговоре ради получения финансирования на научные исследования, что был даже приглашен на слушания в Конгрессе США для дачи свидетельских показаний. Впрочем, несостоятельность этих показаний стала очевидной через несколько минут, так что никаких последствий ни для самого Хансена, ни для его концепции глобального потепления климата эти слушания не имели.
– Судя по всему, вы по-прежнему поддерживаете тесные научные связи с коллегами. Летом нынешнего года вы вместе с академиком НАНУ Ярославом Яцкивом проводили II Летнюю школу НАТО на Украине по поляриметрическому дистанционному зондированию, в которой участвовали 110 ученых из 16 стран мира, в том числе из России. Два года назад вы защитили на Украине докторскую диссертацию, уже имея ученое звание PhD в США.
– Да, это так. На мой взгляд, научный сотрудник, если он серьезно относится к своей работе, должен защитить полноценную докторскую диссертацию, хотя с точки зрения карьеры в США это не важно. Доказательством плодотворности сотрудничества может служить тот факт, что наша совместная с украинскими коллегами научная работа, посвященная поляриметрических методам дистанционного зондирования объектов Солнечной системы, отмечена Государственной премией Украины в области науки и техники за 2010 год.
Проведение II Летней школы НАТО на Украине – свидетельство мирового признания высокого научного авторитета здешней школы поляриметрии. Именно в результате исследований украинских ученых поляриметрия стала одним из самых информативных, точных и эффективных методов дистанционного зондирования планет, астероидов и комет. Другим фактом такого признания стало присуждение премии Международной академии астронавтики книге по поляриметрическому дистанционному зондированию, которая отразила нашу совместную работу последних десятилетий, включая миссию Glory. Ее авторы – представители пяти организаций, в том числе Главной астрономической обсерватории НАН Украины, НАСА и Харьковского национального университета.

Валентина ГАТАШ
Фото с сайта spacefellowship.com 

Нет комментариев