Десятилетия в процессе: наблюдение полного эффекта от снижения загрязнения воздуха

Исследователи из Технологического института Джорджии проанализировали сезонные различия в концентрации сульфатных аэрозолей — основного загрязнителя в США — чтобы изучить долгосрочное влияние сокращения выбросов диоксида серы (SO₂) с момента принятия поправок к Закону о чистом воздухе в 1990 году.

Профессор Школы наук о Земле и атмосфере Юхан Ван и его команда изучили факторы, влияющие на концентрации SO₂ и сульфатов зимой и летом в «Ржавом поясе» (от Нью-Йорка через Средний Запад) и на юго-востоке США за два десятилетия (с 2004 по 2023 год). Команда также разработала ансамблевый подход машинного обучения для прогнозирования сезонных закономерностей до 2050 года.

Сезонные различия в атмосферной химии

Химические процессы в атмосфере США различаются по сезонам. Летом солнечная радиация активирует реакции окисления с образованием пероксида водорода (H₂O₂). Поступление H₂O₂ определяется количеством выбросов загрязняющих веществ, и в атмосфере H₂O₂ может быстро окислять SO₂ до сульфатных аэрозолей в водной фазе. Сульфатные аэрозоли, образующиеся при окислении SO₂, способствуют формированию частиц диаметром менее 2,5 микрометров (PM_2.5), которые несут риски для окружающей среды и здоровья.

«Поступление H₂O₂ летом в восемь раз больше, чем зимой, что означает, что концентрации сульфатов, как правило, выше летом, и сокращение выбросов SO₂ приводит к пропорциональному снижению концентраций сульфатов, — объясняет Ван. — Когда зимние выбросы SO₂ превышают доступное количество H₂O₂, снижение концентраций сульфатов может быть гораздо меньшим из-за эффекта «химического демпфирования».

Сокращение разрыва между сезонными уровнями сульфатов

Наблюдения за два десятилетия выявили различные закономерности в сокращении выбросов SO₂ и концентраций сульфатов зимой и летом. Хотя выбросы SO₂ значительно сократились в оба сезона, первоначально снижение концентраций сульфатов демонстрировало большие сезонные различия. Однако за последнее десятилетие разрыв между зимними и летними уровнями сульфатов сузился по мере снижения выбросов SO₂.

По словам Вана, сезонная разница в уровнях сульфатов была вызвана изменением химических режимов зимой с течением времени. Хотя низкое поступление H₂O₂ зимой оставалось стабильным, зимние выбросы SO₂ были высокими с 2004 по 2013 год, а после 2013 года упали ниже уровня H₂O₂, достигнув паритета с уровнями сокращенных летних выбросов SO₂.

«В условиях такой сложности атмосферной химии зимой наблюдается нелинейный эффект — по мере снижения выбросов SO₂ эффективность образования сульфатных аэрозолей увеличивалась до 2013 года, а затем вышла на плато. Сокращение сульфатных аэрозолей изначально отставало от снижения выбросов SO₂, но в конечном итоге догнало его в результате постоянных усилий по контролю качества воздуха», — говорит Ван.

Полный эффект, проявившийся за десятилетия

Машинное прогнозирование исследователей указывает на продолжающееся снижение зимних и летних уровней сульфатов (в настоящее время примерно на 20%) до 2050 года, поскольку меры контроля выбросов SO₂ достигают сопоставимой эффективности в разные сезоны.

«Теперь мы наблюдаем полное воздействие Закона о чистом воздухе, — заключает Ван, — и постоянные усилия страны по снижению загрязнения являются ключом к улучшению качества воздуха и здоровья населения».