Парадокс: более чистый воздух способствует глобальному потеплению

Это один из парадоксов глобального потепления. При сжигании угля или бензина выделяются парниковые газы, которые способствуют изменению климата. Но при этом в воздух поднимаются частицы загрязняющих веществ, которые отражают солнечный свет и охлаждают планету, компенсируя часть потепления. Однако теперь, по мере распространения технологий борьбы с загрязнением, и вредоносные облака, и их "серебряная сторона" начинают рассеиваться.

Используя массив спутниковых наблюдений, исследователи обнаружили, что климатическое влияние глобального загрязнения воздуха снизилось на 30% по сравнению с уровнем 2000 года. Хотя это радостная новость для здоровья населения - считается, что от взвешенных в воздухе мелких частиц, или аэрозолей, ежегодно умирает несколько миллионов человек - это плохая новость для глобального потепления. По оценкам Йоханнеса Квааса, климатолога из Лейпцигского университета и ведущего автора исследования, более чистый воздух фактически увеличил общее потепление от выбросов углекислого газа за то же время на 15-50%. И поскольку загрязнение воздуха продолжает сокращаться, он говорит: "В будущем нас ждет еще много подобного".

"Я считаю, что их выводы верны", - говорит Джеймс Хансен, климатолог НАСА в отставке, который впервые обратил внимание на "фаустовскую сделку" загрязнения окружающей среды ископаемым топливом в 1990 году. Он говорит, что это впечатляющая научная детективная работа, потому что ни один спутник не мог напрямую измерить глобальные аэрозоли за весь этот период. "Это все равно, что выводить свойства ненаблюдаемой темной материи, глядя на ее гравитационные эффекты". Хансен ожидает шквал последующих работ, так как исследователи стремятся количественно оценить этот толчок к потеплению.

Некоторые аэрозоли, такие как черный углерод, или сажа, поглощают тепло. Но отражающие сульфатные и нитратные частицы обладают охлаждающим эффектом. В течение многих лет они образовывались из загрязняющих газов, выходящих из выхлопных труб автомобилей, корабельных дымоходов и дымовых труб электростанций. Технологии очистки или устранения этого загрязнения медленно распространялись из Северной Америки и Европы в развивающиеся страны. Например, только в 2010 году загрязнение воздуха в Китае начало снижаться, а международные ограничения на использование тяжелого по содержанию серы судового топлива были введены только в последние несколько лет.

Новое исследование, представленное в виде препринта в журнале Atmospheric Chemistry and Physics в апреле и ожидаемое к публикации в ближайшие несколько месяцев, выросло непосредственно из прошлогодней оценки климата ООН. Она включала исследования, показывающие снижение аэрозолей в Северной Америке и Европе, но не имела четких глобальных тенденций. Кваас и его соавторы решили, что два спутника НАСА, Terra и Aqua, работающие с 1999 и 2002 годов, могут помочь в этом.

Эти спутники регистрируют входящее и исходящее излучение Земли, что позволило нескольким исследовательским группам, включая Квааса и его коллег, отследить увеличение инфракрасного тепла, удерживаемого парниковыми газами. Но один из приборов на Aqua и Terra также показал снижение отраженного света. По словам Венкатачалам Рамасвами, директора Лаборатории динамики геофизических жидкостей Национального управления океанических и атмосферных исследований, модели предполагают, что отчасти это связано с уменьшением количества аэрозолей. "Очень трудно найти альтернативные причины для этого", - говорит он.

Куас и его соавторы сделали еще один шаг вперед, используя два прибора на спутниках Terra и Aqua, которые регистрируют затуманенность неба и, следовательно, его аэрозольную нагрузку. С 2000 по 2019 год дымка над Северной Америкой, Европой и Восточной Азией явно уменьшилась, хотя над Индией, зависящей от угля, она продолжала увеличиваться.

Аэрозоли не только сами по себе отражают свет; они также могут изменять облака. Служа ядрами, на которых конденсируется водяной пар, частицы загрязнения уменьшают размер облачных капель и увеличивают их количество, делая облака более отражающими. Уменьшение загрязнения должно отменить этот эффект, и, используя те же приборы, Кваас и его команда обнаружили явное снижение концентрации облачных капель в тех же регионах, где уменьшилось содержание аэрозолей.

По словам Джойс Пеннер, ученого-атмосфериста из Мичиганского университета в Энн-Арборе, доказательства, приведенные в статье, очевидны. "Замечательно, что мы уже видим это", - говорит она. "Это вносит большой вклад в изменения климата, которые мы наблюдаем в нынешнюю эпоху".

Насколько уменьшение отражательной способности способствовало недавнему потеплению, трудно определить, говорит Стюарт Дженкинс, докторант Оксфордского университета, который также изучает уменьшение аэрозолей. В предстоящей работе Дженкинс покажет, что за последние 20 лет было слишком много естественных колебаний, чтобы выделить эффект более чистого неба.

Каким бы ни был точный вклад, он, несомненно, будет расти по мере улучшения качества воздуха во всем мире. Ответ не в том, чтобы продолжать загрязнять окружающую среду, говорит Ян Чермак, ученый по дистанционному зондированию из Технологического института Карлсруэ. "Загрязнение воздуха убивает людей. Нам нужен чистый воздух. В этом нет никаких сомнений". Вместо этого необходимо удвоить усилия по сокращению выбросов парниковых газов, говорит он.

Но поскольку с доиндустриальных времен Земля потеплела примерно на 1,2°C, Хансен считает, что надежды на достаточно быстрое сокращение выбросов для достижения цели в 1,5°C, к которой он и другие ученые призывают, мало. И поэтому, по его мнению, решение может вернуться к аэрозолям, на этот раз намеренно распространяемым с помощью солнечной геоинженерии - спорной идеи выброса сульфатных частиц в стратосферу и создания глобальной отражающей дымки. "Необходимо будет принять временные корректирующие меры", - говорит он, - "почти наверняка включая временное целенаправленное использование аэрозолей, чтобы избежать катастрофических последствий".