Космічний, вулканічний та антропогенний аерозолі
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
Под термином «аэрозоль» понимают все мелкие твердые и жидкие частицы, взвешенные в атмосфере. Они появляются в результате затормаживания космической пыли, разрушения и сгорания метеоров, выбросов из вулканов и, наконец, за счет деятельности человека. Последний вид аэрозоля называют антропогенным.
Дымовые шлейфы из труб, на которых сконденсировались пары воды, жители подветренных от заводов и теплоэлектроцентралей районов нередко принимают за естественную облачность. Эти шлейфы из труб отчетливо видны с самолетов на протяжении многих десятков километров. За счет человеческой деятельности, как отмечает М. И. Будыко, в атмосферу Земли за год поступает от 200 до 400 млн. т. частиц. Естественное же ежегодное поступление частиц аэрозоля от Земли оценивают в 800—2200 млн. т.
Воздействие аэрозолей на климат и погоду осуществляется двумя путями. Во-первых, они часто обладают гигроскопическими свойствами и содействуют процессам конденсации. А при температуре воздуха ниже —40° С, как отмечает В. Я. Никандров, частички любой природы могут стать ядрами кристаллизации или их источниками. Это значит, что в верхних слоях тропосферы, а зимой и ниже, любой аэрозоль активно участвует в конденсационных процессах. Во-вторых, пелена аэрозоля взаимодействует с лучистой энергией, меняя радиационный теплоприход как к самой атмосфере, так и к подстилающей поверхности, земной или водной.
Верхняя граница аэрозольного слоя может заметно нагреваться прямыми солнечными лучами. Плотные слои, особенно облачные, поглощают длинноволновое тепловое излучение, идущее от земной поверхности и от нижележащих слоев атмосферы, уменьшая уходящее в космос излучение. Они играют роль теплового одеяла для Земли.
Поэтому распределение аэрозолей по высоте и их физико-химические свойства во многом определяют изменения климата и погоды.
Свойства аэрозолей и их распределение по высоте во многом зависят от их источника.
Так, например, по нашим с Е. П. Черенковой оценкам (1960), земная пыль распределяется в тропосфере по высоте в зависимости от радиуса ее частиц. Концентрация крупных частиц убывает с высотой по экспоненциальному закону, а концентрация мелких частиц в слое конвективного перемешивания мало меняется по высоте.
Таким образом, в нижних слоях атмосферы и в тропосфере главным источником пыли является подстилающая поверхность. Средняя продолжительность нахождения отдельной частицы аэрозоля в тропосфере — около 10 дней, по оценкам М. И. Будыко там содержится в среднем от 30 до 70 млн. т аэрозоля. Около 50— 75% всего количества пыли состоит из неорганического вещества.
На высотах в несколько десятков километров господствует аэрозоль вулканического происхождения, причем, как оказалось, он в значительной мере состоит из капелек серной кислоты. Она образуется из поступающего туда сернистого газа после ряда химических реакций.
На больших высотах преобладают частички космической пыли. Они возникают при сгорании метеоров и при торможении микрометеоров на высотах от 120 до 80 км. Влетая в земную атмосферу со скоростями от 11 до 72 км/с, метеоры вызывают также ионизацию атмосферы. Это приводит к появлению ядер кристаллизации. И действительно, Е. Г. Боуэн (1953) обнаружил через 30— 31 день после метеорных потоков увеличение количества осадков.
Нами исследовалось распределение по высоте аэрозоля космического происхождения. Оказалось, что максимум удельной концентрации частиц аэрозоля на единицу массы воздуха находится на высоте 85 км, а максимум концентрации на единицу объема приходится на высоту 20 км (Дмитриев А. А. Оценка концентрации космической пыли в верхних слоях атмосферы при наличии турбулентности // Труды Университета дружбы народов им. П. Лумумбы. — Сер. Физика. — Вып. 2. — М., 1965. — Т. 12. — С. 205—218).
Наблюдения за распределением аэрозольных слоев в стратосфере, проведенные Г. В. Розенбергом (1982), показали, что нередко существует несколько максимумов концентрации на разных уровнях. Это может быть связано и с постепенным распространением вниз материи, поступившей с новыми метеорными потоками, и с последствиями выбросов вулканических извержений.
Много аэрозоля поступает в верхние слои атмосферы при взрывах атомных бомб.
В совместной работе с Г. И. Кузьменко нами было показано, что площади, занимаемые осадками, возрастают примерно через 31 день после метеорных потоков (Дмитриев А. А., Кузьменко Г. И. О влиянии некоторых метеорных потоков на осадки’ на европейской территории СССР // Труды Университета дружбы народов им. П. Лумумбы. — Сер. Физика. — Вып. 2. — М., 1965. — Т. 12. — С. 186—204). Однако космическую пыль нельзя рассматривать как фактор, определяющий погоду. В районах обширных антициклонов никакое опыление дождя не даст, а на пути уже развившегося циклона обязательно выпадут осадки даже при отсутствии космической пыли. Правда, при наличии фронтов для района Москвы и Московской области наблюдалось увеличение частоты повторяемости осадков после усилений метеорной активности более чем на 45%.
Для иллюстрации климатологической значимости выводов можно привести следующий пример. Нами был обнаружен 20 февраля пик дождливости, вероятность которого относительно сухого периода была 95% (т. е. он не был случайным). Позже стало известно о существовании метеорного потока 16—19 января, который соответствует с обычным сдвигом 31—34 дня пику дождливости.
Оценки количества метеорной пыли, выпадающей на Землю за год, зависят от метода наблюдений и расчетов и поэтому сильно различаются у разных авторов. Наименьшая величина близка к 8 т (Т. Кайзер), а наибольшая достигает 10—100 млн. т (С. П. Голенецкий, С. Г. Малахов, В. В. Степанюк).
Иногда большие массы пыли выбрасываются при взрывных извержениях вулканов. Так, например, вулкан Эль-Чичон выбросил в атмосферу 4 апреля 1982. г., по одним оценкам, 20 млн. т, а по другим — значительно больше (гигатонны) аэрозоля. В состав его входили и серная кислота — очень гигроскопичное вещество, и много твердых частиц. Этот аэрозоль образовал в первые месяцы два слоя: один — у тропопаузы, а другой — на высоте 25 км.
По опыту наблюдения за другими извержениями ожидалось, что облако через год распространится на всю атмосферу и вызовет в период 1983—1984 гг. у Земли похолодание в среднем на 0,5° С. И действительно, декабрь 1983 г., по сообщению Национальной службы США, был самым холодным за всю историю страны. От холодов погибло более 450 человек. В большинстве районов субтропической зоны был почти полностью уничтожен урожай цитрусовых.
У нас суровая зима наступила в 1984—1985 гг., как бы дрейфуя на восток.
После сильного извержения в Индонезии вулкана Тамбор также наблюдались катастрофические последствия. На следующий год в Западной Европе была исключительно холодная зима, погибли посевы и начался голод.
В марте 1963 г. в Индонезии на острове Бали произошло сильное извержение взрывного характера вулкана Агунг. Через несколько месяцев после его извержения в стратосфере обнаружили резкое возрастание количества аэрозольных частиц. С конца 1963 г. интенсивность прямой солнечной радиации у земной поверхности сильно уменьшилась в Европе, Северной Америке и в центральных областях Тихого океана.
Интересно отметить, что в Москве в 1964 и 1965 гг. последний заморозок наступил позже по сравнению с 1963 г. соответственно на 15 и на 22 дня. То же произошло с цветением черемухи, наступившим с опозданием соответственно на 13 и 15 дней.
Немецкий метеоролог Г. Флон в 1964 г. летал на самолете в центре Полярного бассейна и наблюдал при этом совершенно необычный слой стратосферной дымки. Его нижняя граница находилась на уровне тропопаузы. Этот слой существовал не один год, еще летом 1973 г. обнаруживались слабые следы от прежнего сильного помутнения.
Возможно, этим слоем помутнения, которое возникло от вулканической пыли, было обусловлено похолодание полярной тропосферы в 1963—1973 гг. на —0,56° С по сравнению с 1949—1962 гг.
Здесь употреблена оговорка «возможно» для строгости изложения. Для того чтобы установить какую-либо закономерность, недостаточно опираться только на отдельные факты. Необходима статистическая обработка многократно повторенных опытов. Однако в природе мы не вольны повторять такие события, как извержения, а вынуждены ждать, пока накопится достаточное количество фактов.
Предварительный анализ уже имеющихся наблюдений за последствиями извержений вулканов позволяет считать их значимым фактором колебаний климата.