Полученные результаты могут помочь климатическим моделям точнее прогнозировать потепление.

Интенсивные лесные пожары могут генерировать огромную энергию, сдвиг ветра и турбулентность, создавая возвышающиеся облака, которые выбрасывают дым высоко в стратосферу, где он может задерживаться. Учёные называют их пирокумуло-дождевыми облаками (pyroCb), и они полны чёрного углерода, основного компонента сажи.

В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёные обнаружили, что органическое вещество, покрывающее этот чёрный углерод, может значительно увеличить количество солнечного света, поглощаемого облаками, и может повлиять на потепление во всём мире.

Важно понимать свойства дыма, чтобы определить, как пирокумуло-дождевые облака влияют на местную погоду и нагрев или охлаждение атмосферы, сказал Дэвид Петерсон  (David Peterson), метеоролог из Военно-морской исследовательской лаборатории в Монтерее, Калифорния, не принимавший участия в исследовании. «Это исследование является одним из важных компонентов для [понимания] этого», — добавил он. 

Охотники за огненными штормами

В 2019 году химик атмосферы из Вашингтонского университета в Сент-Луисе Раджан Чакрабарти (Rajan Chakrabarty) провёл несколько недель в небольшом фургоне, преследуя лесные пожары в рамках многоинституциональной полевой кампании под названием «Влияние пожаров на региональную и глобальную окружающую среду и качество воздуха» (FIREX-AQ), инициативы, проводимой совместно NOAA и NASA. В рамках инициативы Чакрабарти и его коллеги картировали свежие дымовые шлейфы на земле и отслеживали их распространение.

«Вы когда-нибудь слышали о преследователях торнадо?» — пошутил Чакрабарти. «Мы были как преследователи огненных штормов!» К 45-му дню команда пролетела через Айдахо, Аризону, Вашингтон, Орегон и Калифорнию.

Тем временем самолет DC-8 NASA, модернизированный для сбора и анализа проб воздуха на больших высотах, пролетел примерно в 10 километрах над поверхностью Земли в стратосфере, чтобы собрать частицы чёрного углерода из облаков над пожарами. Затем учёные измерили массу и форму частиц. В свое исследование они включили данные пожара Williams Flats в восточной части Вашингтона и пожаров Castle и Ikes в северной Аризоне.

«Эта инициатива была первым и пока единственным существующим измерением дыма pyroCb, когда он выбрасывался через верхнюю часть активной грозы», — сказал Петерсон.

Группа хотела изучить, как сажа, находящаяся в этих облаках, может влиять на климат. Обычно частицы чёрного углерода в облаках лесных пожаров недолговечны — они часто удаляются из стратосферы примерно в течение 10 дней после типичного лесного пожара. Однако некоторые лесные пожары производят облака pyroCb и могут выбрасывать чёрный углерод в стратосферу, где он остаётся в течение длительного времени. Например, канадские лесные пожары 2017 года создали дымовой шлейф, который окружил часть земного шара, и его последствия сохранялись около 10 месяцев.

Команда наблюдала ключевое различие между чёрным углеродом в типичных лесных пожарных облаках и чёрным углеродом в облаках pyroCb: когда чёрный углерод в облаках pyroCb достигал холодной стратосферы, он служил поверхностью, на которой могли конденсироваться газы внутри облаков. В результате частицы чёрного углерода больше не напоминали те, которые обычно встречаются в саже лесных пожаров; вместо этого они приобрели дополнительный слой органического вещества вокруг себя. 

Группа измерила толщину покрытия и проанализировала его влияние на отдельные частицы. Чёрный углерод с этим дополнительным покрытием поглощал в два раза больше тепла, чем непокрытые частицы того же размера. 

Открытие имеет колоссальные последствия для моделирования будущего климата Земли. Климатическая модель, которая рассчитывает поглощение тепла на основе непокрытых частиц чёрного углерода, может недооценивать потепление. Хотя эти первые измерения являются захватывающими, исследователи отметили, что не менее важно собрать больше данных для полной картины.

«Представьте, что вы инопланетный исследователь, изучающий людей», — сказал Джошуа Шварц (Joshua Schwarz), соавтор исследования, изучающий атмосферу в NOAA. «Встреча всего с одним человеком может раскрыть основные факты, например, у людей две руки и две ноги, но она не охватит всю сложность человеческого взаимодействия». Аналогично, изучение нескольких облаков pyroCb недостаточно, чтобы понять, что возможно из этих облаков. Но «действительно ценно, что у нас есть эти первые измерения», — добавил Шварц.

Ссылка: https://eos.org/articles/black-carbon-from-wildfire-smoke-can-double-warming-effects