80 километров от Новосибирска на юго-запад: почти 100 000 гектаров леса на берегу Оби. Каждый месяц над Караканским бором пролетает исследовательский самолет. Ученые из Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН в двадцатых числах каждого месяца измеряют концентрацию парниковых газов над югом Западной Сибири. Что именно изучают специалисты, и каковы результаты последних исследований? Об этом «Научной России» рассказал заведующий лабораторией климатологии атмосферного состава ИОА СО РАН, доктор физико-математических наук Борис Денисович Белан.
Пробные полеты, в которых измерялись разные параметры атмосферы с борта самолета, начались еще в 70-х годах, к началу 80-х это стали достаточно регулярные исследования. Сначала на Ил-14, потом Ан-30. Когда они отлетали свой срок, на смену пришел самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик». На нем выполняется большинство научных вылетов сибирских ученых, хотя и его срок работы подошел к концу. Теперь самолет ежегодно должен проходить аттестацию. Сегодня его основная работа – это российско-японский проект по исследованию вертикального распространения парниковых газов над югом Западной Сибири.
«Проект запустили в июле 1997 года. Мы ежемесячно летаем над одним и тем же районом – это Караканский бор юго-западнее Новосибирска – в 20-х числах месяца, с одинаковым временным интервалом. Чтобы оценить газообмен между почвой и атмосферой вылеты совершаются в полдень, когда наиболее развит турбулентный обмен», – рассказывает Борис Белан.
С помощью приборов самолета-лаборатории ученые измеряют концентрацию газов, которые поступают в воздух из природных источников и выбрасываются из антропогенных. По уровню влияния на парниковый эффект их можно выстроить в определенной иерархии. Основной парниковый газ – Н2О. На втором месте СО2 – углекислый газ. Затем метан, закись азота – СН4, N2O и озон – O3.
Параллельно комплекс оборудования исследует дисперсный и химический состав аэрозольных частиц. Частицы забираются на фильтрах в лаборатории, где проводится их химический анализ. К этим работам института подключены и биологи научного центра «Вектор», которые выяснили, что в воздухе, даже на высотах в 7, 9 и 11 тысяч метров остаются микробы, бактерии, вирусы и грибы, которые после возвращения на Землю, после замороженного состояния начинают оживать.
Основные опасения, которые сегодня приносят исследования парниковых газов – это летний рост концентрации углекислого газа в пограничном слое, там, где его должна поглощать растительность. Такие изменения впервые заметили в 2005 году, а сегодня разница концентраций СО2 на высоте в 7 километров и в пограничном слое до двух километров уменьшилась в несколько раз.
«Мы искали связь между выбросами углекислого газа и факторами, которые сразу бросаются в глаза: это вырубка лесов, пожары, метеорология, и пока не нашли причины роста концентрации СО2 в этом регионе. Наземные станции, которые установлены по всей Западной Сибири, тоже показывают такой рост, но только над южными районами», – отметил Борис Белан.
Сейчас ученые пришли к выводу, что рост выбросов углекислого газа связан с деятельностью человека, и концентрация выросла настолько, что леса подошли к пределу возможностей поглощения. Это основная версия, которую рассматривают сибирские ученые, хотя не исключают, что причина может заключаться в чем-то другом. При этом, смотря на динамику в рамках круглогодичных циклов, видно, что рост выбросов СО2 в России не превышает мировой уровень. Особенность в том, что именно летом растительность перестала или уменьшила поглощение углекислого газа.
Другие исследования показывают, что немалая часть парниковых газов, которые фиксируют на территории России, поступают из зарубежных стран. До последнего момента в Институте обрабатывали информацию, которую ученые получили, работая над российско-французским проектом ЯК-Аэросиб (YAK-AEROSIB). Данные собирали в десяти летных кампаниях с 2002 до 2017 года на маршруте Новосибирск-Мирный-Якутск-Братск-Новосибирск. Самолет-лаборатория поднимался до восьми километров и спускался на минимально возможную высоту – траектория «пилы» позволила построить модели, которые показали, что много углекислого газа поступает в Сибирь из Китая. При этом часть парниковых газов доходит транзитом через Сибирь до Северного Ледовитого океана.
В 2019 году институт выиграл грант Минобрнауки по арктическим исследованиям. Впервые в истории СССР и России удалось измерить состав тропосферы над всей Арктикой. В сентябре 2020 года на Ту-134 «Оптик» ученые пролетели над Баренцевым, Карским, Восточно-Сибирским, Чукотским морями и морем Лаптевых. «Благо, что есть Северный Ледовитый океан – там СО2 очень хорошо поглощается: уровень углекислого газа в приводном слое над морями на 12-15 ppm меньше, чем в приземном слое воздуха над сушей в этот период», – говорит Борис Белан.
Он отмечает, что большие опасения связаны с «метановой бомбой» – многолетняя мерзлота тает и выпускает метан, объемы которого в Арктике больше, чем над прибрежными территориями. В отличие от исследований, которые проводили на кораблях, измерения с самолета показали, что наибольшая концентрация метана оказалась над Карским и Баренцевым морями. Хотя океанологи говорили, что основные выбросы должны быть над Восточно-Сибирским, Чукотским и морем Лаптевых.
Проблема в том, что в период эксперимента в зоне исследований оказались выбросы, которые принесло с Аляски. Были и потоки, которые пришли с побережья на территорию над Баренцевым и Карским морями, где обнаружена наибольшая концентрация. Ученые выясняют происхождение парниковых газов: морское оно или береговое, ведь термокарстовые озера к югу от Карского моря по ряду данных выделяют на порядок больше метана, чем морская вода.
На новые вопросы в области изучения атмосферы могут ответить последующие исследования. Борис Белан говорит, что зондировать территорию Арктики необходимо хотя бы 4 раза в год.
Фото: marako85 / ru.123rf.com
