Пылинка меняет климат

Недавние лесные пожары в Подмосковье и извержение вулкана в Исландии могут служить ярким введением в научною тему аэрозолей — мельчайших частичек различных веществ, взвешенных в атмосфере Земли. Как известно, накрывший Москву удушливый смог негативно повлиял на здоровье людей, а пепел проснувшегося вулкана надолго поставил на парковку самолеты международных авиакомпаний. На снимках, сделанных с космических аппаратов, была видна серая пелена дыма над Центральной Россией и шлейф из белых и черных вулканических выбросов, тянущийся от Эйяфьятлайокудля.

Влияние на жизнь людей мириада пылинок природного или антропогенного происхождения не ограничивается неприятностями для здоровья или остановкой воздушного транспорта. Судя по результатам исследований последних лет, атмосферный аэрозоль исключительно важен для формирования климата нашей планеты, поскольку он активно взаимодействует с солнечным излучением и способствует образованию облаков.

Для того, чтобы оценить эффект влияния аэрозолей на развитие глобальных климатических изменений, на февраль 2011 года запланирован запуск космического аппарата Glory с космодрома в Калифорнии (США). Научным руководителем этой космической миссии является уроженец Украины Михаил МИЩЕНКО, главный научный сотрудник Годдардовского института космических исследований НАСА. Он родился в Симферополе, окончил Московский физико-технический институт, кандидатскую и докторскую диссертации защищал в Киеве, в Главной астрономической обсерватории НАНУ.

— Еще в Украине я сформировался как специалист в области поляриметрии (это метод исследования аэрозолей по характеристикам рассеянного солнечного света). Рассеянные лучи несут важную информацию о свойствах частиц, в том числе их размере, форме и показателе преломления, — рассказал ученый. — В основном я изучаю аэрозоли, которые содержатся в атмосферном слое до высоты пять-шесть километров от земной поверхности. Это очень сложный компонент атмосферы, пестрое и динамичное сообщество частичек разного происхождения и размера. Здесь сосуществуют как природные, так и антропогенные аэрозоли — выброшенные океанами кристаллики соли, сульфаты от двигателей внутреннего сгорания, сажа от пожаров, песчинки и частицы почвы, тяжелые металлы, полихлорированные органические соединения и так далее.

В то время как одни частицы поднимаются в воздух, а другие мигрируют в атмосфере, третьи оседают на Землю или вымываются дождями. Происходит своеобразный круговорот аэрозолей в природе. Количество частиц в атмосфере увеличивается не только после лесных пожаров или извержения вулканов, но и после пылевой бури в пустыне, введения в строй тепловой электростанции или роста числа автомобилей в каком-либо регионе. Например, активным поставщиком антропогенных аэрозолей сейчас являются бурно развивающиеся экономики Индии и Китая, где мало применяются современные технологии очистки промышленных выбросов. В то же время такого рода «вклад» постсоветских стран сократился из-за спада промышленного производства в 1990-х годах.

По нашим оценкам, на протяжении последнего десятилетия прошлого века слой тропосферных аэрозолей в среднем значительно уменьшился, то есть атмосфера нашей планеты стала прозрачнее. Таков результат исследований, проведенных в рамках Global Aerosol Climatology Project — совместного научного проекта NASA и World Climate Research Programme. Если этот результат верен, то это означает, что недавнее глобальное потепление климата было вызвано не только парниковым эффектом, но отчасти и тропосферными аэрозолями.

— Что даст ученым запуск космического аппарата Glory?

Эти мельчайшие и зачастую невидимые глазу частицы в атмосфере таят множество загадок. Например, известно, что они могут служить ядрами конденсации пара. Другими словами, увеличивая количество аэрозольных частиц, мы тем самым увеличиваем и облачность. Есть предположение, что этот эффект аэрозоля в три раза сильнее, чем прямой климатический эффект, связанный с взаимодействием частиц и солнечного излучения. Замечу, что изучать аэрозоли со спутников невероятно сложно, поскольку оптический сигнал от частиц часто «замывается» шумами измерения. Именно здесь поляризация оказывается совершенно незаменимым и непревзойденным по информативности орудием исследования.

— Сможет ли космический аппарат Glory обнаружить следы лесных пожаров в России и извержения вулкана в Исландии?

— Думаю, вероятность обнаружения частиц, которые остались до сих пор взвешенными в атмосфере, близка к нулю. Хотя во время этих событий местное содержание аэрозолей могло увеличиться очень существенно, их глобальное влияние было относительно слабым. Несопоставимым, например, с влиянием мощного извержения вулкана Пинатубо в 1991 году на Филиппинах, которое ощущалось на протяжении по меньшей мере двух лет. А вот если бы спутник Glory во время этих событий уже летал, то результаты наблюдений были бы исключительно интересными.

— Информация со спутника будет поступать к ученым в реальном времени?

— Да, поступающие цифры мы будем сразу переводить в физические параметры аэрозолей. Распределение по размерам. Химический состав. Количество частиц в единице объема. Последний параметр очень важен с точки зрения влияния аэрозолей на облака. Чтобы его определить, нужна очень большая точность измерений, которая до сих пор никем не была достигнута.

— А сейчас можно предположить, какое влияние оказывают аэрозоли на климат?

— В том-то и дело, что это влияние имеет неоднозначный характер. Если аэрозольные загрязнения в виде солей серной или азотной кислоты отражают солнечные лучи и тем самым до некоторой степени нивелируют эффект парниковых газов и противостоят глобальному потеплению, то взвеси, содержащие черный углерод, например сажа, поглощают солнечное излучение и усиливают потепление климата. Большинство ученых сходятся на том, что в среднем аэрозоли делают климат более холодным, потому что они отражают солнечное излучение обратно в космос и стимулируют образование облаков. То есть, чем больше аэрозолей в атмосфере, тем меньше солнечного излучения проникает к поверхности Земли. Однако охлаждающий эффект аэрозолей «противостоит» утепляющему эффекту парниковых газов — двуокиси углерода, метана и водяного пара.

Скорее всего, рано или поздно парниковые газы возобладают, поскольку, например, двуокись углерода выбрасывается в атмосферу в огромных количествах. Проблема в том, что существуют разные прогнозы, разные модели климата, но все они далеко не идеальны. Да, климат меняется, и нужно понять, происходит это в результате природных процессов или воздействия человека. В настоящее время ответ на этот вопрос чрезвычайной важности определяется, по сути, «научным голосованием» специалистов, изучающих и моделирующих климат. Мы надеемся, что с помощью поляриметрических наблюдений со спутника Glory точность и надежность климатических прогнозов существенно улучшатся.

— С 1992 года вы живете в США. Как вам там работается?

— Мне в общем-то повезло — переехав в США, я смог продолжить работу над своей прежней научной тематикой. Правда, если в Украине я занимался аэрозолями в атмосфере Юпитера, то в НАСА — Земли. Но это не принципиальная разница — физические процессы взаимодействия света с частицами и, соответственно, законы, которые их описывают, одни и те же.

Директором Годдардовского института космических исследований НАСА является Джеймс Хансен, который одним из первых обратил внимание на угрозу глобального потепления климата вследствие растущей концентрации в атмосфере парниковых газов.

Ученый даже попал в герои романа американского фантаста Майкла Крайтона, известного по инсценировке его книги «Парк Юрского периода». В этом романе талантливый писатель так «убедительно» обвинял климатологов в преступном заговоре ради получения финансирования на научные исследования, что был даже приглашен на слушания в конгрессе США для дачи свидетельских показаний. Впрочем, несостоятельность этих показаний стала очевидной через несколько минут, так что никаких последствий ни для самого Хансена, ни для его концепции глобального потепления климата эти слушания не имели.

— Летом нынешнего года вы вместе с академиком НАНУ Ярославом Яцкивом проводили II Летнюю школу НАТО в Украине по поляриметрическому дистанционному зондированию, в которой участвовало 110 ученых из 16 стран мира. Судя по всему, вы поддерживаете тесные научные связи с украинскими коллегами. Два года назад даже защитили в Украине докторскую диссертацию, уже имея ученое звание PhD в США.

— На мой взгляд, научный сотрудник, если он серьезно относится к своей работе, должен защитить полноценную докторскую диссертацию, хотя с точки зрения карьеры в США это не важно. А доказательством плодотворности сотрудничества может служить тот факт, что наша совместная с украинскими коллегами научная работа «Развитие теоретических основ, разработка и применение поляриметрических методов и аппаратуры для дистанционного зондирования объектов Солнечной системы наземными и аэрокосмическими средствами» была выдвинута в этом году на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники.

Кстати, проведение II Летней школы НАТО в Украине является свидетельством мирового признания высочайшего научного авторитета украинской школы поляриметрии. Именно в результате исследований украинских астрофизиков поляриметрия стала одним из самых информативных, точных и эффективных методов дистанционного зондирования планет, астероидов и комет. Другим актом такого признания стало присуждение премии Международной академии астронавтики книге по поляриметрическому дистанционному зондированию, которая отразила нашу совместную работу последних десятилетий, включая миссию Glory. Авторами являются представители пяти организаций, в их числе Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, НАСА?и Харьковский национальный университет имени Каразина.