Климат меняется, и нигде он не меняется так быстро, как на полюсах Земли. Исследователи из Пенн Стейт создали подробную картину химических процессов, происходящих в Арктике, и обнаружили несколько отдельных взаимодействий, влияющих на атмосферу.
Используя два инструментальных самолёта и наземные измерения в рамках двухмесячной полевой кампании, исследователи сравнили химические процессы в двух регионах Арктики и на крупнейшем нефтяном месторождении в Северной Америке с окружающими территориями. В результате были сделаны три открытия:
* Открытия в морском льду — так называемые полыньи — значительно влияют на химический состав атмосферы и формирование облаков.
* Выбросы с нефтяного месторождения ощутимо изменяют состав атмосферы в регионе.
* Вместе эти процессы способствуют возникновению обратной связи, которая ускоряет таяние морского льда и усиливает потепление в Арктике.
Исследование недавно опубликовано в Bulletin of the American Meteorological Society. Работа была частью более крупного межведомственного проекта под названием CHemistry in the Arctic: Clouds, Halogens, and Aerosols, или CHACHA. Под руководством пяти учреждений CHACHA изучает химические изменения, которые происходят, когда поверхностный воздух попадает в нижние слои атмосферы, что приводит к взаимодействию между частицами воды, низкими облаками и загрязнением.
«Эта полевая кампания — беспрецедентная возможность изучить химические изменения в пограничном слое — атмосферном слое, наиболее близком к поверхности планеты — и понять, как влияние человека изменяет климат в этом важном регионе», — сказал Хосе Д. Фуэнтес, профессор метеорологии в отделе метеорологии и атмосферных наук и автор статьи.
«Полученные наборы данных позволяют лучше понять взаимодействие между аэрозолями морского спрея, поверхностными облаками, выбросами с нефтяных месторождений и многофазной галогенной химией в новой Арктике», — говорится в сообщении.
Для изучения химии пограничного слоя Арктики исследователи взяли пробы воздуха над заснеженным и недавно замёрзшим морским льдом в морях Бофорта и Чукотском, над открытыми полыньями и по заснеженной тундре на Северном склоне Аляски, включая регион добычи нефти и газа вблизи Прудо-Бей.
Кампания проводилась из Уткиагвика, Аляска, с 21 февраля по 16 апреля 2022 года, вскоре после полярного восхода солнца — периода непрерывного солнечного света после двух месяцев темноты, когда повышенные уровни ультрафиолетового излучения усиливают химические изменения на поверхности и в нижних слоях атмосферы.
Исследователи обнаружили, что полыньи — шириной от нескольких футов до нескольких миль — создавали интенсивные конвективные шлейфы и облачные образования, одновременно поднимая потенциально вредные молекулы, аэрозольные загрязнители и водяной пар — всё то, что может способствовать потеплению климата — на сотни футов в атмосферу. Эти процессы ускорили потерю морского льда, усилив конвекцию и облачный покров, что увеличило перенос влаги и тепла и привело к образованию ещё большего количества полыней, сказал Фуэнтес.
Команда выявила ещё одну обратную связь на суше: химические вещества, обнаруженные в солевых снежных покровах вдоль побережья, вступают в реакцию с выбросами с нефтяного месторождения. Во время кампании CHACHA исследователи специально наблюдали за производством брома вдоль солевых снежных покровов — явлением, уникальным для полярных регионов. Эти молекулы брома быстро истощают озон в пограничном слое, создавая ещё одну обратную связь, которая позволяет большему количеству солнечных лучей достигать поверхности, нагревать снежные покровы и высвобождать больше брома.
Кроме того, во время полевой кампании исследователи обнаружили масштабные изменения пограничного слоя над нефтяными месторождениями Прудо-Бей. Газовые шлейфы из зоны добычи реагировали в нижних слоях атмосферы, подкисляя воздушную массу и производя вредные вещества и смог, сказал Фуэнтес. Они также обнаружили, что галогены вступают в реакцию с шлейфами с нефтяных месторождений, создавая свободные радикалы, которые затем образуют более стабильные вещества, способные преодолевать большие расстояния. Фуэнтес сказал, что эти вещества могут способствовать региональным изменениям окружающей среды.
Фуэнтес сказал, что исследователи CHACHA сейчас изучают, как эти реакции влияют на более широкую арктическую среду, включая образование шлейфов смога, которые, несмотря на то что происходят в противном случае нетронутом регионе, достигают уровня загрязнения, сопоставимого с уровнем в крупных городских районах, таких как Лос-Анджелес. Например, уровни диоксида азота достигли примерно 60–70 частей на миллиард, уровни, связанные с вредными газами, виновниками городского смога.
Следующие шаги, по словам исследователей, включают создание наборов данных, которые числовые модели могут использовать, чтобы лучше понять, как глобальный климат может развиваться в результате этих локализованных факторов в Арктике.
Другие члены команды CHACHA были из Университета Стони Брук, Университета в Олбани, Мичиганского университета и Университета Аляски в Фэрбенксе.
Предоставлено: Pennsylvania State University