7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

В связи с расширением хозяйственной деятельности человека поступление в атмосферу аэрозоля антропоген­ного происхождения существенно возросло. Учитывая темпы роста энергетики, можно ожидать, что к 2025 г. в атмосферу за счет сжигания угля и нефти поступит 1361,7 млн. т окислов серы, причем основным вкладчиком будет уголь (принимая во внимание, что содержание серы в нефти для различных географических районов колеблет­ся от 0,14 до 2,22%, а в угле — от 0,71 до 3,19%).Наблю­дения показывают, что концентрация аэрозоля в урбани­зированных районах мира в среднем около 100 мг/м3. В 1960—1972 гг. в неурбанизированных районах средняя концентрация составляла около 20 мг/м3.

Проблема атмосферного аэрозоля антропогенного про­исхождения исключительно актуальна. Прежде всего это связано с его вредным медико-биологическим воздействием на окружающую среду. Мы остановимся лишь на влия­нии антропогенного аэрозоля на климат. В этой проблеме важное значение преобретают следующие вопросы:

закономерности распределения аэрозолей по вертика­ли во времени в различных географических районах в за­висимости от мощности и характеристики источников аэрозоля;

горизонтальный дальний перенос аэрозоля;

трансформация и химические превращения аэрозоля в атмосфере;

механизмы прямого влияния аэрозоля на радиацион­ный баланс коротковолновой и длинноволновой радиации в атмосфере и количественная оценка этих механизмов;

воздействие этих механизмов (при наличии других) на климат.

В тропосфере сосредоточена в основном крупнодис­персная фракция аэрозоля, которая вымывается осадка­ми, быстро оседает и в среднем находится во взвешенном состоянии от нескольких дней до недель, максимум меся­цев. В стратосфере преобладает мелкодисперсный аэро­золь. Вследствие большой устойчивости стратосферы он может сохраняться от нескольких месяцев до 1—2 лет.

Некоторые компоненты аэрозоля, такие, как S, могут, окисляясь, превращаться в CaSO4, а затем, соединяясь с влагой, образовывать мелкодисперсный аэрозоль, состоя­щий из мельчайших капелек H2SO4. Именно стратосфер­ный аэрозоль представляет наибольший интерес для оцен­ки климатических изменений.

Известно, что над тропиками в стратосфере на высо­тах 15—20 км и несколько выше постоянно существует естественный аэрозольный слой со средним радиусом ча­стиц порядка 0,3 мкм, состоящий в основном из соедине­ний S. Источник естественного аэрозоля здесь — вулкани­ческая деятельность.

Нормальный слой стратосферного аэрозоля составляет массу спорядка 0,2 млн. т. Количество же водяного пара в стратосфере оценивается в 2,6 млн. т, и этого ко­личества вполне достаточно для поддержания реакции CaSO4 с влагой.

В настоящее время массу аэрозоля (М) принято оце­нивать по уменьшению приходящей прямой коротковол­новой солнечной радиации (дельтаТ, %): для тропосферы дельтаТ = 5дельтаТ млн. т; для стратосферы МС=11дельтаТ млн. т. Для нормального стратосферного слоя дельтаТ составляет пример­но 0,2%. Эта величина была вычислена теоретически с допущением, что средний радиус частиц составит 0,3 мкм, и подтверждена экспериментально путем прямых измере­ний оптической прозрачности атмосферы во время извер­жения вулкана Агунг в 1963 г. и в предшествующий пе­риод.

В нормальном состоянии рассматриваемый слой не имеет сколько-нибудь существенного значения для климата. Для сравнения укажем, что в одном из самых чистых районов земного шара, на станции Мауна-Лоа на Гавайских островах, на высоте 3 км при ясном небе величина ДГ в 10 раз больше и составляет 2%, а масса всего аэрозоля порядка 10 млн. т. При крупных изверже­ниях (например, вулкана Кракатау) дельтаТ достигает 20%. Общая масса вносимого в тропосферу аэрозоля (Мт) при этомоценивается в 100 млн. т, а в стратосферу с~20 млн. т.

Мы отмечали, что в атмосферу попадает количество S, которое в пересчете на CaSO4 дает величину, сопостави­мую с самыми мощными вулканическими извержениями. В будущем же за счет сжигания топлива ожидается по­ступление CaSO4, который на порядок может превышать эту величину (около 1360 млн. т/год). При этом не совсем ясно, какая часть вносимого аэрозоля будет мелкодисперс­ной фракцией, попадающей в стратосферу, и как долго она будет там находиться. Но даже если десятая часть приведенной величины превратится в мелкодисперсную фракцию стратосферного аэрозоля, его влияние будет сопоставимо с влиянием крупных вулканических извер­жений.

Каково же суммарное воздействие стратосферного аэрозоля? Это зависит от его поглощающих и рассеиваю­щих свойств, которые не до конца изучены. Дело в том, что мелкодисперсный аэрозоль рассеивает коротковолно­вую радиацию и тем самым увеличивает альбедо атмо­сферы. Это приводит к эффекту охлаждения атмосферы. Многие исследователи объясняют прошлые похолодания климата стратосферным аэрозолем вулканических извер­жений. В то же время отмечено, что при извержении вулкана Агунг в 1963 г. температура стратосферы поднялась на 3°, что указывает на существенное поглощение радиа­ции аэрозолем, а не только на ее рассеивание.

Высказывались предложения уменьшить приходящую солнечную радиацию, внося в стратосферу S и сжигая ее там. По мнению авторов такого проекта, для того чтобы изменить дельтаТ на 1% (суммарная радиация при этом из­менится примерно на 0,3%), необходимо образовать в стратосфере 0,6 млн. т аэрозоля (капель H2SO4) в расче­те на одно северное полушарие. При этом в стратосфере должно быть около 0,4 млн. т H2S, количество которого должно быть обеспечено путем; сжигания 0,2 млн. тS. Считая, что во взвешенном состоянии аэрозоль пребывает около двух лет, а не один год, нужно сжечь около ОД млн. т за год, что фактически возможно. (Однако име­ются теоретические расчеты, показывающие, что количе­ство потребной для достижения такого эффекта S зани­жено примерно на порядок.) Но вряд ли в этом есть и будет необходимость, поскольку и без того поступление аэрозоля в стратосферу превысит указанную величину.

В одной из последних работ американского климатоло­га Брайсона и др. на основе численных экспериментов с одной из разновидностей теплобалансовой модели показа­но, что одновременный учет роста СО2 и увеличения аэро­золя дает суммарный эффект уменьшения средней темпе­ратуры атмосферы. В этом случае тепличный эффект СО2 перекрывается обратным воздействием аэрозоля.

В то же время имеются и другие оценки. Так, по дан­ным английского климатолога Мейсена, расчеты, произ­веденные с наиболее современной 13-уровенной моделью, включающей тропосферу и стратосферу, привели к про­тивоположным результатам. Включение стратосферного слоя пыли, достаточного для задержания 4% приходящей солнечной радиации, дало локальное потепление в страто­сфере до 10° С вследствие поглощения радиации пылью. Но на уровне Земли заметного эффекта не наблюдалось. Автор считает, что на основании этого вряд ли можно утверждать, что более холодные эпохи климата в прошлом были вызваны извержениями вулканов. По-видимому, и роль аэрозоля в будущем не совсем ясна.

Так или иначе, но аэрозольный эффект не может рас­сматриваться изолированно от других факторов, влияю­щих на климат. Нельзя, в частности, не указать, что аэрозоль в тропосфере может влиять на микроструктуру облачности и осадки. Через облачность возможно из­менение условий прохождения радиации в атмосфере и климата.

В стратосфере и особенно в верхней тропосфере (вбли­зи тропопаузы) за счет полетов самолетов увеличивается количество водяного пара. Так, при сжигании 1 кгтоплива образуется около 1,2—1,4 кг водяного пара. При использо­вании водородного топлива на каждый килограмм сгорае­мого топлива будет образовываться около 8 кгводяного пара. При ожидаемом увеличении полетов самолетов к 2000 г. количество дополнительно вводимой влаги в стра­тосфере составит около 0,26 млн. т, т.е. около 10% коли­чества влаги в стратосфере. Вносимая влага становится ядрами конденсации, на которые «перекачивается» вслед­ствие разностей упругостей насыщения водяного пара надо льдом и водой влага из атмосферы. При определенных благоприятных условиях образуется перистая облачность (ее аналог — облачные следы за самолетами).

Таким образом, облачный аэрозоль антропогенного происхождения может воздействовать если не на глобаль­ный, то на региональный климат. Так или иначе, пробле­ма аэрозоля, и в особенности антропогенного,— одна из ключевых в современной теории климата.