Для некоторых людей термин «аэрозоль» относится к пропелленту в аэрозольном баллончике, потому что такие вещества, как лак для волос и аэрозольная краска, выходят из этих баллончиков в виде тумана из мелких частиц. Но, как отмечает Седлачек, «аэрозоли — это гораздо больше, чем просто то, что находится в вашей банке с лаком для волос».
Ученые определяют аэрозоль как взвесь частиц в атмосфере. У них есть как искусственные, так и природные источники. Например, объясняет Седлачек, аэрозоли могут образовываться естественным образом, когда сосны выделяют химическое вещество, называемое альфа-пиненом, масло, которое конденсируется в частицы, которые можно увидеть во взвешенном состоянии в виде тумана — например, над Дымчатыми горами (дав им свое название) . Другие типы аэрозольных частиц образуются во время горения или других промышленных процессов на заводах и в автомобильных двигателях, от сжигания биомассы (например, деревьев и кустов) до расчистки земли для сельского хозяйства и даже при приготовлении пищи.Цель Седлачека — понять влияние аэрозолей на климатическую систему Земли.
«Парниковые газы, такие как углекислый газ, метан и закись азота, оказывают большое влияние на климат, потому что они удерживают тепло в атмосфере и нагревают планету», — сказал Седлачек. «Однако, когда мы смотрим на наши оценки того, какое потепление мы должны наблюдать на основе количества парниковых газов в атмосфере, что-то не так. Потепление должно быть сильнее, что заставляет нас предположить, что что-то еще смягчает эффект. этих газов при нагревании ".
Как аэрозоли компенсируют потепление от парниковых газовСедлачек и другие ученые из Брукхейвена и других ученых-исследователей атмосферы определили, что аэрозоли помогают разрешить это несоответствие. «Когда мы принимаем во внимание, как аэрозоли взаимодействуют с поступающей солнечной лучистой энергией — доминирующим источником энергии в климатической системе Земли — мы можем согласовать менее ожидаемое потепление нашей атмосферы».
Большинство аэрозолей в атмосфере только рассеивают свет от Солнца, отправляя часть солнечной энергии обратно в космос и оказывая охлаждающее влияние на климат Земли. Другие аэрозольные частицы, называемые «черный углерод» и «коричневый углерод», обычно образующиеся в результате лесных пожаров, промышленных процессов и выхлопных газов автомобилей, могут как рассеивать, так и поглощать солнечный свет. В зависимости от степени этих двух процессов эти черные и коричневые углеродные аэрозоли могут оказывать на нашу атмосферу согревающее или охлаждающее воздействие.
Подумайте, что происходит, когда вы выходите на улицу в солнечный день в черной рубашке. Вы согреваетесь намного быстрее, чем в светлой рубашке, потому что черный цвет поглощает свет.
Поскольку частицы аэрозоля как отражают, так и поглощают свет, становится сложно количественно оценить их чистое воздействие на климатическую систему.Как аэрозоли влияют на облачные образованияЕще одна важная роль, которую аэрозоли играют в климатической системе, — это их способность образовывать облака. Облачные капли образуются, когда вода конденсируется на частицах аэрозоля, объясняет Эрни Льюис, другой ученый-атмосферник из Брукхейвенской лаборатории.
Облака также могут оказывать на климат Земли эффект потепления или охлаждения.«Облака работают иначе, чем парниковые газы в атмосфере», — сказал Льюис. «Если я добавлю в атмосферу больше углекислого газа, он заблокирует тепло, излучаемое Землей, и задержит его в атмосфере, которая согревает планету.
Но хотя облака также поглощают часть тепла, излучаемого Землей, и нагревают планету, они также рассеивают свет, падающий от Солнца, обратно в космос, охлаждая планету. Итак, есть два конкурирующих эффекта ".В ходе своих исследований ученые-атмосферники определили, что влияние облаков и аэрозолей на климатическую систему компенсирует потепление от парниковых газов, что в конечном итоге объясняет, почему ученые не наблюдали такого сильного потепления, как ожидалось, от уровней парниковых газов.
Проблемы изучения аэрозолейСамая большая проблема, с которой сталкиваются ученые при изучении того, как аэрозоли влияют на климат, заключается в том, что это воздействие составляет такую небольшую часть общей энергии, которую Земля получает от Солнца.
Каждый квадратный метр Земли получает 340 Вт лучистой энергии от Солнца в среднем за сутки. Около 30 процентов этой энергии отражается обратно в космос (например, облаками), оставляя около 230 ватт на квадратный метр, которые поглощаются Землей — в атмосфере, океанах и суше. Воздействие парниковых газов на климат Земли составляет лишь около одного процента от этого количества, а влияние аэрозолей за счет рассеяния и поглощения солнечной лучистой энергии составляет еще меньшую долю. Седлачек объясняет, что именно определение этого слабого сигнала делает изучение воздействия аэрозолей таким сложным.
«Мыслить в таком маленьком масштабе оказалось проблемой», — сказал он. «Но даже небольшие изменения могут иметь большое влияние на климат. Увеличение поступающей солнечной энергии, поглощаемой Землей, на несколько процентов может привести нас к безудержному нагреванию климата; и наоборот, уменьшение на несколько процентов может отправить нас в ледниковый период. "Другая проблема заключается в том, что частицы аэрозоля очень крошечные, обычно менее одного микрометра (миллионной доли метра) в диаметре; Для сравнения: диаметр пряди человеческого волоса составляет около 75 микрометров. А поскольку частицы аэрозоля настолько малы, чрезвычайно сложно собрать данные, необходимые ученым для анализа воздействия аэрозолей на климат.
Когда Седлачек летит на самолете через шлейф лесного пожара, он должен убедиться, что его оборудование собирает достаточно частиц, чтобы определить их свойства, такие как размер, способность поглощения света и химический состав, чтобы их влияние можно определить аэрозоли в климатической системе. Оборудование очень чувствительно, и получение достаточно точных данных во время полета через густой дым со скоростью 150 миль в час для сбора микроскопических образцов является чрезвычайно сложной задачей. Но проведение таких подробных и точных измерений имеет важное значение для улучшения нашего понимания климатической системы Земли и особенно важно в мире, где люди продолжают выделять как парниковые газы, так и аэрозоли, говорят ученые.
«Для тех из нас, кто изучает аэрозоли, это чрезвычайно сложная проблема», — сказал Седлачек. «И хотя эта сложность бросает вызов нашим возможностям наблюдений и моделирования, аэрозоли являются критически важным компонентом нашей атмосферы. Если мы хотим лучше количественно оценить изменение климата, мы должны понимать не только парниковые газы, но и аэрозоли».