Исследование количественно оценивает влияние сажи на снег и лед, подтверждая предыдущие климатические выводы

Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), опубликовавшие работу в Nature Climate Change, впервые количественно продемонстрировали, что черный углерод (сажа) — загрязнитель, выбрасываемый электростанциями, дизельными двигателями, при бытовом отоплении и приготовлении пищи, а также при лесных пожарах — снижает отражательную способность (альбедо) снега и льда. Этот эффект увеличивает скорость глобального изменения климата.

Сажа может переноситься на большие расстояния и оседать в удаленных районах, включая полярные области и ледники. Потемнев от сажи, снег и лед отражают меньше солнечной радиации обратно в космос, что приводит к удержанию большего количества тепла у поверхности Земли и ускорению глобального потепления. Хотя климатические модели оценивали этот эффект, его прямое измерение ранее не проводилось.

Оделл Хэдли и Томас Кирхштеттер разработали новые методики: они научились генерировать снег в лаборатории и смешивать его с сажей в различных концентрациях — от 0 до 1700 частей на миллиард (ppb), что охватывает весь диапазон концентраций, измеренных в снегу по всему миру. «Мы ясно показали, что сажа в снегу снижает его альбедо, и это снижение усиливается с ростом концентрации сажи», — говорит Кирхштеттер.

Исследователи также установили, что чем крупнее зерна снега, тем сильнее снижение его отражательной способности при фиксированном количестве сажи. Крупнозернистый (более старый) снег пропускает свет глубже, и сажа оказывает на него большее влияние. Была выведена количественная зависимость между увеличением содержания сажи, размером снежных зерен и снижением альбедо, которую ранее лишь предполагали в моделях.

Эти результаты важны, поскольку предоставляют экспериментальную проверку методов, используемых в климатических моделях для расчета влияния черного углерода. Данные лабораторных измерений хорошо согласуются с моделью Snow Ice and Aerosol Radiation (SNICAR), которую использует Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) в своих оценочных докладах. Теоретические расчеты показывают, что даже малые количества сажи (10–100 ppb) могут снизить альбедо снега на 1–5%. В заснеженных регионах, таких как Арктика и Гималаи, локальное радиационное воздействие из-за осаждения сажи сравнимо с воздействием CO₂, добавленного в атмосферу с доиндустриальных времен.

Для исследования ученым пришлось создать новые методы: генерацию снега с помощью жидкого азота, получение чистой сажи и ее равномерное распределение в воде. В будущей работе они планируют изучить, ускоряет ли черный углерод таяние снега и льда, а также исследовать, как сажа перемещается в тающем снежном покрове, в сотрудничестве с Центральной снежной лабораторией Сьерра Калифорнийского университета.