В 1870 году исследователь Адольф Эрик Норденшельд, путешествуя по бесплодной и удаленной ледяной шапке Гренландии, увидел то, чего большинство людей не ожидало бы увидеть в таком пустынном, негостеприимном ландшафте: дымку.
Запись Норденшельда о тумане была одним из первых доказательств того, что загрязнение воздуха вокруг северного полушария может перемещаться к полюсу и ухудшать качество воздуха в Арктике. Теперь исследование, проведенное ученым-атмосферником из Университета Юты Тимом Гарреттом и его коллегами, показало, что воздух в Арктике чрезвычайно чувствителен к загрязнению воздуха, и что твердые частицы могут стимулировать образование арктических облаков. Эти облака, пишет Гарретт, могут действовать как одеяло, еще больше нагревая и без того меняющуюся Арктику.
«Арктический климат деликатный, как и присутствующие там экосистемы», - говорит Гарретт. «Облака находятся на грани своего существования, и они оказывают большое влияние на местный климат. Похоже, облака там особенно чувствительны к загрязнению воздуха». Исследование опубликовано в Geophysical Research Letters.
Загрязнение движется на север
Гарретт говорит, что записи первых арктических исследователей показывают, что загрязнение воздуха перемещается на север в течение почти 150 или более лет. «Это загрязнение, естественно, будет снесено на север, потому что это доминирующая схема циркуляции для перемещения из более низких широт к полюсам», - говорит он. Оказавшись в Арктике, загрязнение попадает в ловушку температурной инверсии, очень похожей на инверсию, которую Солт-Лейк-Сити испытывает каждую зиму. В инверсии колпак теплого воздуха находится над резервуаром холодного воздуха, предотвращая утечку накопленного плохого воздуха.
Другие исследователи изучили, какие регионы способствуют загрязнению Арктики. Северо-Восточная Азия вносит значительный вклад. Таковы источники на крайнем севере Европы. «У них гораздо более прямой доступ к Арктике, - говорит Гаррет. «Источники загрязнения там не растворяются в атмосфере».
Ученых интересовало влияние загрязнения на арктические облака из-за их потенциального согревающего эффекта. В других частях мира облака могут охлаждать поверхность, потому что их белый цвет отражает солнечную энергию обратно в космос. «В Арктике охлаждающий эффект не так велик, потому что морской лед на поверхности уже светлый», - говорит Гарретт. «Точно так же, как облака эффективно отражают излучение, они также эффективно поглощают излучение и повторно излучают эту энергию, нагревая поверхность». Капли воды могут образовываться вокруг твердых частиц в воздухе. Чем больше частиц, тем больше капель, что создает облако, которое больше нагревает поверхность.
Видеть сквозь облака
Но количественно определить связь между загрязнением воздуха и облаками было сложно. Ученые могут измерять загрязнение воздуха только в облаках, пролетая сквозь них, а этот метод не может охватывать большую территорию или длительный период времени. Спутниковые снимки могут обнаружить аэрозольное загрязнение в воздухе, но не сквозь облака. «Мы будем смотреть на облака в одном месте и надеяться, что аэрозоли поблизости являются репрезентативными для аэрозолей в том месте, где находится облако», - говорит Гарретт. «Их не будет. Облако существует, потому что оно находится в другой метеорологической воздушной массе, чем там, где ясное небо».
Поэтому Гарретту и его коллегам, в том числе выпускнику U Квентину Купману, нужен был другой подход. Оказывается, атмосферные модели хорошо отслеживают перемещение загрязненного воздуха вокруг Земли. Используя глобальные реестры источников загрязнения, они моделируют шлейфы загрязнения воздуха, чтобы спутники могли наблюдать, что происходит, когда эти смоделированные шлейфы взаимодействуют с арктическими облаками. Модель позволила исследователям изучать загрязнение воздуха и облака в одно и то же время и в одном месте, а также учитывать метеорологические условия. Они могли быть уверены, что наблюдаемые эффекты не были просто естественными метеорологическими вариациями в нормальных условиях формирования облаков.
Высокочувствительные облака
Исследовательская группа обнаружила, что облака в Арктике в два-восемь раз более чувствительны к загрязнению воздуха, чем облака в других широтах. Они пока точно не знают почему, но предполагают, что это может быть связано с неподвижностью арктической воздушной массы. Без воздушной турбулентности, наблюдаемой в средних широтах, арктический воздух может быть легко возмущен переносимыми по воздуху твердыми частицами.
Одним из факторов, к которому облака не были чувствительны, был дым от лесных пожаров. «Дело не в том, что у лесных пожаров нет потенциала, - говорит Гарретт, - просто шлейфы этих пожаров не оказались в том же месте, что и облака». Загрязнение воздуха, связанное с деятельностью человека, превысило влияние лесных пожаров на арктические облака примерно в 100:1 раз.
Это дает Гаррету надежду. Твердые частицы - это переносимые по воздуху загрязнители, с которыми можно относительно легко бороться по сравнению с такими загрязнителями, как двуокись углерода. Контроль существующих источников твердых частиц может уменьшить загрязнение Арктики, уменьшить облачный покров и замедлить потепление. Другие исследователи предположили, что все эти достижения могут быть нивелированы, если Арктика станет судоходным маршрутом и увидит индустриализацию и развитие. По словам Гарретта, выбросы от этой деятельности могут оказать непропорциональное влияние на арктические облака по сравнению с выбросами из других частей мира.
«Арктика меняется невероятно быстро, - говорит он. «Намного быстрее, чем остальной мир, который меняется достаточно быстро».