Плавающие частицы воздуха после стихийных бедствий и других крупномасштабных геологических событий могут оказать долгосрочное влияние на жизнь на Земле. Вулканический пепел может подниматься в стратосферу и останавливать воздушное движение, задерживаясь в атмосфере на месяцы. Частицы от промышленных аварий могут пролететь полные полушария, прежде чем упасть на землю. Новая модель, основанная на теории хаоса и опубликованная на этой неделе в журнале Chaos от AIP Publishing, призвана помочь предсказать, как движутся частицы в таких событиях, с прицелом на потенциальные применения геоинженерии для борьбы с изменением климата.
Используя имеющиеся данные о ветре, исследователь Тимеа Хаспра разработал модель отслеживания воздушных частиц, когда они путешествуют по земному шару. Используя его, она создала карты, которые можно использовать в качестве атласов для прогнозирования того, как частицы, такие как вулканический пепел или загрязнения, будут рассеиваться над миром.
«Одной из самых удивительных частей исследования является широкий диапазон индивидуальных жизней», - сказала она. «Время жизни типичных частиц вулканического пепла колеблется от двух до 150 дней. Более 10% более мелких частиц выживают в атмосфере в течение одного года, а более 1% - два года».
Движение атмосферных частиц имеет фракталоподобное поведение, и при специальной фильтрации данных можно найти объект, который управляет хаотическим движением частиц и называется хаотическим седлом. Траектории каждой смоделированной частицы демонстрируют свойства, которые временно объединяются изменениями в потоке атмосферы, подобно сидению в седле, прежде чем упасть с седла и, следовательно, упасть на Землю.
В целом она обнаружила, что частицы, поступающие из области вокруг экватора, дольше всего остаются в атмосфере, а частицы размером менее одного микрона могут оставаться в атмосфере годами, прежде чем упасть.
Среднее время жизни частицы в воздухе составляет около одного месяца, но они также обнаружили, что частицы в одной области карты могут находиться в воздухе в 10 раз дольше, чем частицы поблизости на карте. То, как эти жизни были распределены по земному шару, варьировалось в зависимости от времени года.
Чтобы проиллюстрировать концепции, изложенные в статье, Haszpra создала онлайн-игру под названием RePLaT-Chaos, которая позволяет игрокам изучать тему атмосферной адвекции, создавая и тестируя свои собственные вулканические извержения.
Haszpra считает, что ее выводы могут послужить основой для будущих усилий, которые были предложены для использования отражающих солнце частиц воздуха для противодействия изменению климата. Она планирует расширить эту работу, включив исторические метеорологические данные и климатические модели, чтобы лучше понять, как может измениться дисперсия частиц при изменении климата.