Около 71% поверхности Земли покрыто огромными океанами. Когда ветер дует над морской поверхностью, он передаёт энергию воде, создавая волны. Некоторые из этих волн под действием сильного ветра разбиваются и образуют крошечные капли в воздухе, которые становятся аэрозолями морского происхождения. Этот процесс происходит во всех океанах и является одним из крупнейших в мире источников аэрозолей. Несмотря на десятилетия исследований, учёные до сих пор не до конца понимают влияние этого явления на климат планеты, особенно то, какой вклад оно вносит в образование частиц, формирующих облака, известных как ядра конденсации облаков.
По сравнению с открытым океаном мелководье вдоль береговых линий занимает лишь ничтожную часть морской поверхности. Однако многие станции наблюдения за морскими аэрозолями расположены вблизи береговых линий, и их измерения часто используются для изучения аэрозолей над открытым океаном. Это поднимает важный вопрос: действительно ли аэрозоли морского происхождения вблизи берега отражают то, что происходит в открытом океане, с точки зрения их образования, концентрации и вклада в ядра конденсации облаков?
Международная группа исследователей обнаружила, что сильное разрушение волн вдоль берега, особенно в периоды высоких волн, может привести к образованию большого количества аэрозолей морского происхождения, значительно увеличивая количество ядер конденсации облаков и массу аэрозольных частиц в прибрежных районах. Профессор Цзянь Ван из Инженерной школы Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе возглавлял эту группу.
Процесс образования аэрозолей на береговой линии принципиально отличается от такового в открытом океане. В результате использование измерений прибрежных аэрозолей для оценки аэрозолей морского происхождения в открытом океане может привести к серьёзным завышениям. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Ван и его команда, включая Шэнцянь Чжоу, постдокторанта в лаборатории Вана и первого автора статьи, также обнаружили, что зыбь — длинные волны, которые образуются вдали от берега и не связаны напрямую с местным ветром, — часто доминируют в волновой энергетике прибрежных районов. Поскольку волновая энергия, а не скорость местного ветра, контролирует образование морского спрея вблизи береговых линий, концентрация аэрозолей морского происхождения вблизи берега часто слабо коррелирует со скоростью ветра. Это противоречит общепринятому мнению, что скорость ветра может помочь оценить выбросы аэрозолей морского происхождения.
«Штормы над открытым океаном генерируют ветровые волны, — сказал Чжоу. — После того как шторм проходит, эти волны превращаются в зыбь и могут продолжать движение на тысячи километров. Когда они достигают прибрежного региона, даже в спокойные, безветренные дни, они могут разбиваться из-за трения о морское дно или при столкновении с береговыми линиями, что высвобождает часть их энергии в атмосферу в виде морского спрея».
Их данные показали, что вклад аэрозолей морского происхождения в ядра конденсации облаков и массовую концентрацию аэрозолей может увеличиться более чем в три раза и превысить 10 микрограммов на кубический метр. Эти эффекты широко распространены, поскольку большая часть береговых линий по всему миру регулярно испытывает сильные волны. Анализ волновой статистики вблизи 12 прибрежных атмосферных обсерваторий, от Северной Атлантики до Австралии, показал, что периоды высоких волн наблюдаются более чем в половине случаев в некоторые сезоны на нескольких станциях, а зыбь играет доминирующую роль.
«Мы знали, что разрушение волн на берегу генерирует аэрозоли морского происхождения, но многие исследователи сосредоточились на частицах размером более 1 микрометра, которые могут доминировать по массовой концентрации, но быть малочисленными», — сказал Ван.
«Наше исследование показывает, что разрушение волн на берегу генерирует многочисленные мелкие частицы, которые вносят большой вклад в прибрежные ядра конденсации облаков. Это означает, что многие предыдущие исследования, в которых для изучения аэрозолей морского происхождения над открытым океаном использовались прибрежные измерения, вероятно, завышали их вклад в ядра конденсации облаков и, следовательно, влияние на облака и климат».
Кроме того, морской спрей вблизи берега может также оказывать существенное воздействие на окружающую среду в прибрежных районах. Когда волны высокие, концентрация аэрозольных частиц (ТЧ) увеличивается — это важно для качества воздуха.
Хотя сама морская соль может быть не вредной, по словам Чжоу, загрязнители в морской воде, такие как биогенные токсины, вредные водоросли и другие антропогенные загрязнители, выбрасываются в атмосферу с морским спреем и впоследствии вдыхаются людьми. Это может сильно повлиять на здоровье населения, особенно в прибрежных районах с высокими волнами, загрязнённой морской водой и плотным населением.
«Существующие региональные модели не учитывают образование аэрозолей на береговой линии или рассчитывают его неправильно, полагаясь на скорость местного ветра», — добавил Чжоу.
«Это затрудняет точное отражение моделями реального количества и вариаций аэрозолей морского происхождения в прибрежной среде. Для более точной оценки и прогнозирования потенциального воздействия на окружающую среду и здоровье сообществ вдоль береговых линий необходимо более глубокое понимание этого процесса образования аэрозолей».
Предоставлено Вашингтонским университетом в Сент-Луисе.