Африканский дым над Амазонией

Бразильские тропические леса — один из немногих континентальных регионов мира с чистым воздухом. Однако это верно только в сезон дождей, когда концентрация взвешенных частиц очень низка. В сухой сезон ситуация иная: многочисленные пожары, связанные с вырубкой лесов, горят в самом амазонском лесу, по мере того как "дуга обезлесения" наступает на него с юга.

Сажа и другие выбросы от этих пожаров приводят к резкому ухудшению качества воздуха в это время года. Качество воздуха в центральной Амазонии становится не лучше, чем в городских агломерациях Европы. Концентрация частиц сажи в атмосфере над пологом леса колеблется от очень низкой до очень высокой.

Впервые исследовательская группа изучила происхождение этих частиц сажи и сделала неожиданное открытие: значительная их часть происходит не из Южной Америки. Они преодолевают около 10 000 километров с воздушными массами из Африки через Атлантику, возникая от природных пожаров в саванне, подсечно-огневого земледелия и сжигания биомассы, например, для приготовления пищи.

«Дым из Африки можно обнаружить практически круглый год в больших количествах над тропическим лесом — мы этого не ожидали», — поясняет Бруна Холанда, руководившая исследованием в качестве докторанта Института химии Макса Планка. «Мы предполагали, что доля дыма из Африки составит около 5 или, может быть, 15 процентов. Оказалось, что иногда она достигала 60 процентов».

По словам атмосферного физика, это значение демонстрирует эффективность атмосферного переноса частиц сажи и аэрозолей воздушными массами из Африки в Южную Америку.

Частицы сажи из Африки и Южной Америки физически и химически отличаются друг от друга. Чтобы определить источники сажи над Амазонией, исследователи в течение двух лет анализировали частицы в воздухе на Amazon Tall Tower Observatory (ATTO). Эта обсерватория расположена в практически нетронутом районе центральной Амазонии и имеет, среди прочего, 325-метровую наблюдательную башню.

Были выявлены два преобладающих типа сажи: частицы из Африки были значительно крупнее и содержали меньше органического материала. Исследователи связывают это с тем, что в Африке горят в основном травянистые саванны и редколесья. Более сухое топливо чаще приводит к пламенному горению и образованию большего количества частиц сажи. В Южной Америке пожары происходят в густых и влажных лесах.

Более влажное топливо приводит к тлению, в результате чего образуется сажа с большим содержанием органического материала. Используя метеорологические данные о преобладающих ветрах и спутниковые снимки, на которых иногда видны шлейфы дыма, Холанда и её коллеги определяли источник дыма.

Таким образом было установлено, что существует два периода в году, когда особенно много дыма переносится из Африки в Амазонию. Во-первых, в сезон дождей с января по март ветры постоянно приносят в регион сажу в сочетании с пылью Сахары. В это время в среднем 60% частиц сажи над Амазонией происходят из африканских пожаров. Воздух в этот сезон действительно особенно чист, потому что в регионе почти нет подсечно-огневых выжиганий. Однако иногда африканский дым делает воздух таким же загрязнённым, как и в сухой сезон. Во-вторых, большое количество африканской сажи наблюдается в центральной Амазонии в сухой сезон с августа по ноябрь.

В отличие от сезона дождей, в это время в регионе, особенно в засушливых районах бассейна Амазонки, возникает множество природных и антропогенных пожаров. В других частях Амазонии локальные пожары ответственны примерно за две трети загрязнения сажей. Однако оставшаяся треть сажи в этих регионах происходит из Африки, что усугубляет и без того серьёзный уровень загрязнения воздуха.

Сажа и другие аэрозольные частицы поглощают и рассеивают солнечный свет, влияя на радиационный и энергетический баланс Земли и наш климат. Частицы сажи особенно радиационно активны, так как поглощают значительно больше солнечного света, чем отражают, удерживая тепло в земной системе. Частицы пыли и сажи также служат ядрами конденсации при образовании капель в облаках. Таким образом, они влияют на формирование облаков и осадки, а следовательно, и на водный баланс.

«Наши результаты могут помочь улучшить климатические и модели земной системы, которые до сих пор недостаточно учитывали африканские компоненты дыма», — объясняет Кристофер Пёлькер, руководитель группы в Институте химии Макса Планка. По его мнению, эффективность переноса также указывает на то, что африканский дым достигал Южной Америки ещё в доиндустриальные времена, поскольку растительность Африки, подверженная пожарам, предположительно горит уже десятки тысяч лет.

«Мы предполагаем, что сажа давно играет важную роль в удобрении почв и формировании лесов в регионе Амазонки, а также в углеродном и водном циклах», — продолжает атмосферный химик. Однако ранее положительные эффекты теперь могут стать пагубными. «Скорость обезлесения, количество пожаров и образующаяся сажа в последние годы беспрецедентны и могут иметь серьёзные последствия для регионального и глобального изменения климата», — говорит Пёлькер.

Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.