Климатический центр Росгидромета

Новости партнеров

Частицы сажи влияют на глобальное потепление сильнее, чем предполагалось ранее

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) впервые использовали моделирование на суперкомпьютере CSCS Piz Daint для изучения, как определённые механизмы старения частиц сажи в атмосфере влияют на формирование облаков. Результаты показывают, что влияние озона и серной кислоты на старение сажи изменяет образование облаков и, в конечном итоге, климат.

При сжигании древесины, нефтепродуктов или других органических материалов в атмосферу выделяются частицы сажи, состоящие в основном из углерода. Эта сажа считается вторым по значимости фактором антропогенного воздействия на климат после двуокиси углерода. В атмосфере или в виде отложений на поверхности снега и льда частицы сажи поглощают коротковолновое излучение Солнца и таким образом способствуют глобальному потеплению.

В атмосфере частицы сажи также косвенно влияют на климат, изменяя формирование, развитие и свойства облаков. Группа исследователей под руководством Ульрике Ломанн (Ulrike Lohmann), профессора Института атмосферы и климата ETH Zurich, впервые изучила, как два конкретных типа частиц сажи влияют на облака и, в свою очередь, на климат: с одной стороны, сажевые аэрозоли, старение которых обусловлено озоном, и, с другой, - серной кислотой.

Химический состав сажи меняет образование облаков

«До сих пор считалось, что эти два типа старения сажи мало влияют на образование облаков и климат», - говорит Дэвид Нойбауэр (David Neubauer), программист исследовательской группы Ломанн. Однако результаты моделирования, проведённого сейчас на суперкомпьютере CSCS Piz Daint, рисуют иную картину.

101

Когда частицы сажи соединяются с озоном или серной кислотой, их физические и химические свойства изменяются, пишут авторы в своём исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Geoscience. Частицы сажи, состаренные озоном, образуют ядра конденсации в нижних слоях атмосферы, помогающие формированию облаков. Однако в более высоких слоях атмосферы частицы сажи, состаренные серной кислотой, действуют как ядра льда и способствуют формированию перистых облаков.

Команда смоделировала, как по-разному стареющие частицы сажи влияют на формирование облаков и, следовательно, на климат с доиндустриальных времён до будущего. В этих расчётах развитие аэрозольных частиц интерактивно связано с физикой образования облаков. Это сложно и требует больше вычислительного времени, чем обычное моделирование климата.

Исследователи сделали чётко определённые допущения для своих расчётов, описав состояние старения частиц сажи в зависимости от температуры и концентрации озона. Оба фактора оказывают значительное влияние на старение: для быстрого старения сажи под действием озона его концентрация и температура должны быть высокими. Для способности сажи действовать как ледяные ядра при старении в серной кислоте решающую роль играет низкая температура.

Изменение образования облаков приводит к потеплению

Моделирование свойств сажи, подвергшейся озоновому старению, показывает, что когда содержание углекислого газа в атмосфере удваивается по сравнению с доиндустриальной эпохой, образуется меньше низких облаков. Изначально в результате озонового старения сажи образуется значительно больше облачных капель. Однако их высокая концентрация приводит к большему охлаждению верхней части облаков, вызывая подмешивание более сухого воздуха сверху. «Эти облака затем быстрее испаряются, особенно в более тёплом климате», - объясняет Ломанн. «В более тёплом климате смешанный воздух также имеет более низкую относительную влажность». Из-за более быстрого испарения остаётся меньше низколежащих облаков, а более коротковолновое излучение достигает Земли и согревает её.

С другой стороны, частицы сажи, состаренные серной кислотой, вызывают образование большего количества кристаллов льда и делают перистые облака оптически толще, то есть они менее проницаемы для излучения. Они простираются до тропопаузы, расположенной на высоте от 10 до 18 километров, а также дольше задерживаются в более высоких слоях атмосферы. В результате перистые облака поглощают больше длинноволнового теплового излучения, испускаемого Землёй, и позволяют меньшей его части уходить в космос. Эффект потепления перистых облаков усиливается и усугубляет глобальное потепление: когда содержание углекислого газа в атмосфере удваивается по сравнению с доиндустриальными временами, оба типа старения сажи совокупно приводят к увеличению глобального потепления на 0,4–0,5°C. В результате круговорот воды станет ещё больше интенсивным, а глобальное количество осадков ещё больше увеличится, пишут исследователи.

Будущие исследования, включающие учёт аэрозолей от лесных пожаров, авиационных или автомобильных двигателей и сочетающие полевые и лабораторные измерения с моделированием, могут дать ещё более чёткую картину эффекта сажевых аэрозолей. Они также могут помочь в разработке стратегий по сокращению выбросов. «Это принесет пользу не только климату и качеству воздуха, но и здоровью людей», - подчеркивает Нойбауэр.

Ссылка: https://phys.org/news/2020-10-soot-particles-global-previously-assumed.html

Печать