Самые яркие закаты, пасмурное небо и дни, когда все кашляют, имеют что-то общее: все это из-за аэрозолей, мельчайших частиц, плавающих в воздухе. Аэрозоли могут представлять собой крошечные капельки, частицы пыли, кусочки мелкого черного углерода и другие вещества, которые плавают в атмосфере и меняют весь энергетический баланс планеты.
Аэрозоли оказывают огромное влияние на климат планеты. Некоторые из них, например черный и коричневый углерод, согревают атмосферу Земли, а другие, например капли сульфата, охлаждают ее. Ученые полагают, что в целом весь спектр аэрозолей со временем немного охлаждает планету. Но до сих пор не совсем ясно, насколько силен этот охлаждающий эффект и насколько он прогрессирует в течение дней, лет или столетий.
Что такое аэрозоли?
Термин «аэрозоль» объединяет множество видов мелких частиц, которые взвешены по всей атмосфере, от ее крайних краев до поверхности планеты. Они могут быть твердыми или жидкими, бесконечно малыми или достаточно большими, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
«Первичные» аэрозоли, такие как пыль, сажа или морская соль, поступают непосредственно с поверхности планеты. Они поднимаются в атмосферу порывистыми ветрами, взлетают высоко в воздух при взрывах вулканов или выбрасываются из дымовых труб и пожаров. «Вторичные» аэрозоли образуются при столкновении различных веществ, плавающих в атмосфере, например органических соединений, выделяемых растениями, капель жидкой кислоты или других материалов, что приводит к химической или физической реакции. Вторичные аэрозоли, например, создают дымку, в честь которой названы горы Грейт-Смоки в США.
Аэрозоли выделяются как из природных, так и из антропогенных источников. Например, пыль поднимается из пустынь, с берегов высохших рек, из высохших озер и многих других источников. Концентрации атмосферных аэрозолей растут и падают в зависимости от климатических явлений; в холодные и засушливые периоды истории планеты, такие как последний ледниковый период, в атмосфере было больше пыли, чем в более теплые периоды истории Земли. Но люди повлияли на этот природный цикл – некоторые части планеты стали загрязнены продуктами нашей деятельности, а другие стали чрезмерно влажными.
Морские соли — еще один природный источник аэрозолей. Они выдуваются из океана ветром и морскими брызгами и стремятся заполнить нижние части атмосферы. Напротив, некоторые типы очень взрывных извержений вулканов могут выбрасывать частицы и капли высоко в верхние слои атмосферы, где они могут плавать в течение месяцев или даже лет, подвешенные на многие мили над поверхностью Земли.
Деятельность человека приводит к образованию множества различных типов аэрозолей. При сжигании ископаемого топлива образуются частицы, известные как парниковые газы – таким образом, все автомобили, самолеты, электростанции и промышленные процессы производят частицы, которые могут накапливаться в атмосфере. Сельское хозяйство производит пыль, а также другие продукты, такие как аэрозольные азотные продукты, которые влияют на качество воздуха.
В целом деятельность человека увеличила общее количество частиц, плавающих в атмосфере, и теперь пыли здесь примерно в два раза больше, чем было в XIX веке. Количество очень мелких (менее 19 микрон) частиц материала, обычно называемого «PM2,5», увеличилось примерно на 2,5% со времени промышленной революции. Выбросы других аэрозолей, таких как озон, также возросли, что имеет серьезные последствия для здоровья людей во всем мире.
Загрязнение воздуха связано с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, инсульта, заболеваний легких и астмы. По некоторым недавним оценкам, мелкие частицы в воздухе стали причиной более четырех миллионов преждевременных смертей во всем мире в 2016 году, причем больше всего пострадали дети и пожилые люди. Риски для здоровья от воздействия мелких частиц наиболее высоки в Китае и Индии, особенно в городских районах.
Как аэрозоли влияют на климат?
Аэрозоли влияют на климат двумя основными способами: изменяя количество тепла, которое входит или выходит из атмосферы, и влияя на формирование облаков.
Некоторые аэрозоли, как и многие виды пыли из щебня, имеют светлый цвет и даже слегка отражают свет. Когда на них падают солнечные лучи, они отражают лучи обратно из атмосферы, не давая этому теплу достичь поверхности Земли. Но этот эффект может иметь и отрицательный оттенок: извержение горы Пинатубо на Филиппинах в 1991 году выбросило в высокие стратосферы количество мельчайших светоотражающих частиц, эквивалентное площади в 1,2 квадратных мили. что впоследствии вызвало охлаждение планеты, не прекращавшееся в течение двух лет. А извержение вулкана Тамбора в 1815 году вызвало необычно холодную погоду в Западной Европе и Северной Америке в 1816 году, из-за чего его прозвали «Годом без лета» — он был настолько холодным и мрачным, что даже вдохновил Мэри Шелли на написание своей «Готики». роман Франкенштейн.
Но другие аэрозоли, такие как мелкие частицы черного углерода из сгоревшего угля или древесины, действуют наоборот, поглощая солнечное тепло. Это в конечном итоге нагревает атмосферу, хотя и охлаждает поверхность Земли, замедляя солнечные лучи. В целом этот эффект, вероятно, слабее, чем охлаждение, вызываемое большинством других аэрозолей – но он, безусловно, имеет эффект, и чем больше углеродного материала накапливается в атмосфере, тем больше атмосфера нагревается.
Аэрозоли также влияют на образование и рост облаков. Капли воды легко объединяются вокруг частиц, поэтому атмосфера, богатая аэрозольными частицами, способствует образованию облаков. Белые облака отражают приходящие солнечные лучи, не давая им достичь поверхности и согреть землю и воду, но они также поглощают постоянно излучаемое планетой тепло, удерживая его в нижних слоях атмосферы. В зависимости от типа и местоположения облаков они могут либо согревать окружающую среду, либо охлаждать ее.
Аэрозоли оказывают на планету сложный набор различных воздействий, и люди напрямую влияют на их присутствие, количество и распространение. И хотя климатические воздействия сложны и изменчивы, последствия для здоровья человека очевидны: чем больше мелких частиц в воздухе, тем больше они вредят здоровью человека.