Ученые МГУ установили роль сибирских пожаров в загрязнении Арктического региона
Оценка аэрозольного загрязнения атмосферы высокоширотных районов Арктики — одна из важнейших экологических и климатических проблем. В августе 2022 г. максимальные концентрации черного углерода в инфракрасном диапазоне в 85 раз превысили характерные для Арктического региона фоновые значения. Ученые географического факультета МГУ установили, какую роль в загрязнении территории играют пожары в России и Казахстане. Результаты исследования опубликованы в журнале «Арктика: экология и экономика».
При горении биомассы происходит образование многокомпонентных аэрозолей разного состава и свойств, зависящих от условий сжигания, вида растительности, влажности и минерализации почвы. Открытое высокотемпературное пламенное горение является источником образования черного углерода (ВС, black carbon), а многообразные соединения органического углерода (OC, organic carbon) доминируют в продуктах пиролизного сжигания (тления) при низких температурах. Длительные наблюдения выявили значительное влияние верховых и низовых лесных пожаров на уровень концентрации черного углерода. Летом 2022 г. в результате аномальной температуры и дефицита осадков площади пожаров в Западной Сибири и европейской России достигли рекордных масштабов.
Арктический регион особенно подвержен воздействию крупномасштабных эмиссий антропогенных источников и лесных пожаров. В зимне-весенний период из-за комбинации интенсивного дальнего переноса антропогенных эмиссий и температурной инверсии наблюдается явление арктической дымки. В теплые сезоны устойчивость атмосферы уменьшается, а концентрация аэрозолей падает. Черный углерод в составе продуктов горения природных топлив и биомасс хорошо поглощает солнечное излучение и оказывает значительное воздействие на климат Арктики.
Рост концентрации черного углерода с начала 1980-х годов с учетом охлаждающей способности сульфатов привел к увеличению температуры поверхности на 0,29°C. В настоящее время черный углерод признан климатически значимым компонентом, вторым после углекислого газа. Фракция высокомолекулярного органического углерода, называемая коричневым углеродом (BrC, brown carbon), поглощает солнечное излучение в ультрафиолетовом диапазоне. Это способствует повышению температуры в регионе.
На полярной аэрозольной станции МГУ «Остров Белый», установленной в 2019 году в Карском море, ведутся непрерывные аэталометрические измерения климатически значимого компонента атмосферы — черного углерода. Станция расположена на севере Ямало-Ненецкого автономного округа на пути выноса крупномасштабных эмиссий из индустриальных регионов Западной Сибири, населенных и промышленных районов Европы и Азии. Подобное расположение дает уникальную возможность для изучения аэрозольного состава атмосферы Арктики. Непрерывные измерения уровня черного углерода в Арктике помогли определить основные источники загрязнения. К ним относятся факельное сжигание газа в нефтегазодобывающих регионах Западной Сибири, Казахстана, Поволжья, Урала и Республики Коми, эмиссии транспортного и жилого секторов в холодное время года, а также сельскохозяйственные и лесные пожары весной и летом.
Региональное распределение источников черного углерода было рассчитано методом отнесения траекторий переноса воздушных масс к измеряемым концентрациям на острове Белый. В ходе работы стало известно, что дымовые эмиссии пожаров на территории Западной Сибири, северной и центральной областей европейской России, степных районов Восточно-Европейской равнины и южного Урала внесли наибольший вклад в состав климатически активного аэрозольного компонента атмосферы.
«В августе 2022 г. максимальные концентрации черного углерода в инфракрасном диапазоне достигали 851 нг/м³, что в 85 раз превысило фоновые концентрации для арктического региона. Траекторный анализ показал, что воздушные массы переносили на остров Белый шлейфы пожаров, охвативших значительные территории европейской части России и Западной Сибири. Вклад пожарных эмиссий в состав аэрозолей арктического региона подтвердился по повышенному поглощению в ультрафиолетовом диапазоне солнечного излучения в максимуме, превысившем черный углерод в инфракрасном диапазоне на 1150 нг/м³», — сообщила старший научный сотрудник географического факультета МГУ, ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ Ольга Поповичева.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 22-17-00102.
