Вулканический аэрозоль.

Важным источником аэрозолей являются вулканы, но их вклад сильно варьирует во времени и пространстве.

Это понятно, так как одно мощное извержение может многократно превысить выброс час­тиц в атмосферу, который происходит в периоды "спокойной" вулка­нической деятельности. Например, при взрыве Кракатау в 1883 г. эруп­тивные облака поднялись на высоту 30 км и в Батавии, находящейся в 160 км от вулкана, день превратился в ночь. Извержение вулкана Агунг на о. Бали в 1963 г. выбросило большое количество аэрозолей в тропосферу и стратосферу, вызвав на всем земном шаре весьма эффектные вечерние зори. Появление аэрозолей в стратосфере в ре­зультате этого извержения вызвало повышение там температуры при­мерно на 5°С.

Вулканический аэрозоль ( 50 Мт/год) по химическому составу близок к наиболее распространенным магматическим породам – базальтам, андезито-базальтам и андезитам. В составе пепла, особенно самых мелких его фракций, значительны примеси тяжелых металлов (в %): V, Cu, Со, Ni, W, Hg, Zn, As, Se, Sb и др. Вулканический пепел (частицы размером от 1 мкм до 0,01 мкм), образуют "скрытую массу" пепла и участвует в крупномасштабном атмосферном переносе. Изверженные породы обладают высокой каталитической активностью, сравнимой с активностью промышленных катализаторов Фишера – Тропша.

Степные, кустарниковые и лесные пожары являются еще одним важным источником тропосферных аэрозолей. Зола, выбрасываемая при пожарах в атмосферу, состоит из неорганических веществ, мине­ралов, первоначально присутствовавших в тканях растений. В золе имеются частицы углерода, не полностью сгоревшие смолистые ве­щества. Крупные лесные пожары могут быть источниками атмосфер­ных аэрозолей, заметных в глобальном масштабе. Так, дым от лесных пожаров на западе Канады в 1950 г. наблюдался, например, над Бри­танскими островами. Метеорная пыль может быть, по крайней мере, двух видов. Так, субмикронные частицы из межпланетного пространства могут дости­гать земной поверхности в неизменном виде. Более крупные частично сгорают или расплавляются. Это приводит к распылению капель или паров. Затвердевшие после сгорания метеора, капли или сконденси­ровавшиеся пары могут достигать тропосферы. Частицы биологического происхождения переносятся на большие расстояния. Споры грибов, на­пример, находили над океаном на расстоянии 1000 км, а пыльцу — в 2500 км от возможного ближайшего источника. Морские бактерии обнаружены в пробах воздуха более чем в 100 км от побережья. Во время полета аэростата "Эксплорер-П" в воздухозаборники-ловушки между высотами 11 и 22 км попали споры плесневых грибков.

Терригенный аэрозоль возникает при выветривании почвы и горных пород, при поднятии пыли и песка пустынь. В год пылевые бури могут поднимать в воздух миллионы тонн песка и переносить их на тысячи километров. Так, неоднократно наблюдалось выпадение песка пустыни Сахара в странах Западной и Центральной Европы и у берегов Южной Америки. Содержание атомов тяжелых металлов в терригенных аэрозолях значительно превышает их кларковое содержание в коре. Кроме того, элементы неодинаково распределяются по фракциям разного размера. Например, несмотря на то, что самые мелкие частицы составляют небольшую долю от общей массы аэрозолей, в них содержится 30…50% таких элементов как Cu, Cr, Sm, La, Se, As и более половины Cs, Mn, Zn, Hg, тогда как доля Fe и Al (типичных литофильных элементов, являющихся индикаторами терригенного аэрозоля), составляет всего 8%.

Терригенный аэрозоль содержит минералы на основе силикатов и алюмо-

силикатов со значительной примесью магнетита, карбоната кальция, атомы

тяжелых металлов (V, Cr, Mn, Ni, Cu, Pb, Ti, Zn) и переменные количества

относительно высокомолекулярных биогенных органических соединений

фитогенной природы, которые могут играть роль поверхностно-активных

веществ ПАВ.

Антропогенные аэрозоли Аэрозоли антропогенного происхождения составляют примерно 20% от естественного содержания аэрозолей. Они образуются в основном при сжигании твердого и жидкого топлива. Кроме того, ряд произ­водств, например, цементные заводы, выбрасывают в атмосферу боль­шое количество пыли. Естественно, что пространственное распреде­ление антропогенных аэрозолей неравномерно, и они являются загрязнителями атмосферы, играя пагубную роль как в отношении человека и животных, так и растительных сообществ. Антропогенные аэрозоли двояко влияют на радиационный баланс Земли: а) непосредственно, через поглощение и рассеивание солнечной радиации, и б) косвенно, так как аэрозоли действуют как ядра конденсации, играющие важную роль в образовании и развитии облаков, влияющих, в свою очередь,на радиационный баланс.

Существует много неопределенностей в понимании роли аэрозолей в парниковом эффекте из-за высокой региональной изменчивости их концентрации и химической композиции, при малом количестве непосредственных наблюдений. В целом можно сказать, что антропогенные аэрозоли снижают величину радиационного баланса, то есть несколько компенсируют антропогенный парниковый эффект. Вследствие роста содержания аэрозолей в воздухе за время начиная с 1850 г. их суммарный и осредненный для мира непосредственный антропогенный эффект равен примерно -0,5 ватт/м2, при примерно близкой величине его косвенного воздействия. В отличие от парниковых газов, типичный срок существования аэрозолей в атмосфере не превышает нескольких дней. Поэтому их радиационный эффект быстро реагирует на изменения эмиссии загрязнений и столь же быстро прекращается. В отличие от глобального воздействия газов с парниковым эффектом эффект атмосферных аэрозолей является локальным. Географическое распространение сульфатных аэрозолей в воздухе в основном совпадает с промышленными районами мира. Именно там локальный охлаждающий эффект аэрозолей может значительно уменьшить и даже свести практически на нет глобальный парниковый эффект. Извержения вулканов - нерегулярный, но существенный фактор образования высоких концентраций аэрозольных частиц, вызывающих рассеивание солнечной радиации и поэтому заметные похолодания. Катастрофический взрыв вулкана Тамбора в 1815 г. в Индонезии привел к заметному снижению температуры воздуха во всем мире в течение трех последующих лет. Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 г., сопровождавшееся весьма значительным объемом выбросов пепла, с климатологической точки зрения, - важнейшее извержение века. В течение первого года после извержения вулкана его радиационное воздействие было равно -4 вт/м2, после второго года -1 вт/м2. Соответствующее отклонение мировой температуры от средней было наибольшим в 1992 г. и составляло минус 0,4-0,6°. Таким образом, воздействие лишь одного извержения было сравнимо с глобальным парниковым эффектом за текущее столетие. Неудивительно, что когда в геологическом масштабе времени происходили значительные вулканические события, они очень сильно влияли на изменения глобального климата. Гидроклиматические последствия антропогенного парникового эффекта. Накопление парниковых газов в атмосфере и последующее усиление парникового эффекта приводит к повышению температуры приземного слоя воздуха и поверхности почвы. За последние сто лет средняя мировая температура повысилась приблизительно на 0,3-0,6°С. В особенности заметный рост температуры происходил в последние годы, начиная с 1980-х гг., которые были самым теплым десятилетием за весь период инструментальных наблюдений. Анализ глобальных данных по температурам воздуха позволил сделать обоснованный вывод о том, что наблюдаемый рост температуры обусловлен не только естественными колебаниями климата, но и деятельностью человека. Можно полагать, что прогрессирующее антропогенное накопление парниковых газов в атмосфере приведет к дальнейшему усилению парникового эффекта. (Некоторые ученые полагают, что, наоборот, повышения температуры воздуха первичны.Они вызывают прогрессирующее накопление углекислого газа.) Оценки ожидаемых изменений климата обычно производятся на основе использования глобальных моделей циркуляции атмосферы. Это модели очень большой размерности, описывающие атмосферные процессы в узлах регулярной сетки с шагом 250-400 км по горизонтали и приблизительно на 10-20 уровнях в атмосфере и океане. Сложность моделей постоянно увеличивается по мере совершенствования технических качеств компьютеров и накопления новых данных наблюдений. Однако точность моделей все еще не высока даже для расчетов на глобальном уровне. Прогноз же изменений по регионам мира, чрезвычайно важный для практических целей, пока еще вряд ли надежен. Кроме того, необходимо учитывать возможные изменения в деятельности человека, осознанные или неосознанные, приводящие к изменениям в накоплении парниковых газов, а значит и к последующим изменениям парникового эффекта. Эти обстоятельства учитываются посредством составления различных сценариев. В соответствии со сценарием наиболее вероятной величины эмиссии парниковых газов, средняя мировая температура приземного слоя воздуха за период с 1990 по 2100 гг. увеличится приблизительно на 2°С. По сценариям низкой и высокой эмиссии рост температуры составит соответственно 1°С и 3,5°С. В любом варианте, потепление будет значительнее, чем все колебания климата в течение голоцена, то есть последних 10000 лет, и будет очень серьезной проблемой для человечества. Вследствие термической инерции океанов средняя температура воздуха будет повышаться и после 2100 г., даже если концентрация парниковых газов к этому времени стабилизируется.

Дата добавления: 2015-08-17