Парадокс загрязнения:Как очистка смога способствует потеплению океана

Они называют это «Капля». Огромное пространство океана, периодически простирающееся от Аляски до Калифорнии. согревает на 4 градуса Цельсия (7 градусов F), что приводит к уничтожению рыбных запасов, голоданию морских птиц, возникновению цветения токсичных водорослей, предотвращению возвращения лосося в реки, вытеснению морских львов и вынуждению китов выйти на морские пути в поисках пищи.

«Капля» впервые образовалась в 2013 году и распространилась по территории северо-восточной части Тихого океана размером с Канаду.Это продолжалось три года и продолжает возвращаться — совсем недавно. прошлым летом.До сих пор ученые не смогли объяснить такой резкий нагрев океана.Изменение климата, даже в сочетании с природными циклами, такими как Эль-Ниньо, недостаточно.

Но новый анализ предполагает неожиданную причину.Сяотун Чжэн, метеоролог из Китайского океанического университета, и его международные коллеги утверждают, что этот необычайный нагрев является результатом резкой очистки китайского воздуха от загрязнения.Уменьшение количества частиц смога, которые защищают планету от солнечных лучей, ускорило потепление и вызвало цепочку атмосферных явлений в Тихом океане, которые, по сути, поджарили океан.

Другие исследователи, с которыми беседовал Йельский университет окружающей среды 360 считают, что результаты, сделанные с помощью углубленного моделирования климата, имеют потенциально критические последствия для будущего климата в Тихом океане и в других местах.Выбросы мельчайших частиц, вызывающих смог, известных под общим названием аэрозоли, сокращаются в большинстве стран мира, за исключением Южной Азии и Африки.Ученые обеспокоены тем, что очистка не только нагреет глобальную атмосферу, но и приведет к более интенсивным региональным волнам тепла в океане.

Идея о том, что очистка воздуха от загрязнения может усугубить потепление атмосферы, звучит нелогично.

Янъян Сюй, ученый-атмосферник из Техасского университета A&M, не участвовавший в исследовании, сказал, что оно показывает, что «сокращение количества аэрозолей приведет к возмущению климатической системы таким образом, с которым мы раньше не сталкивались.Это преподнесет нам сюрпризы».

Действительно, это, возможно, уже происходит в Атлантике.Некоторые исследователи, с которыми мы говорили, утверждают, что исключительные жара Это распространение по Северной Атлантике с весны прошлого года по апрель этого года, заставившее рыбу спасаться в более прохладных арктических водах, возможно, было обязано своей интенсивностью международным усилиям по сокращению выбросов аэрозолей с судов, пересекающих океан.

---

Идея о том, что очистка воздуха от загрязнения может усугубить потепление атмосферы, звучит нелогично.Но мелкие частицы, взвешенные в атмосфере, известные под общим названием аэрозоли, сильно отличаются от парниковых газов.Вместо того, чтобы согревать планету, улавливая солнечную радиацию, они затеняют ее, рассеивая поступающий солнечный свет и иногда создавая облака.

Они не задерживаются в воздухе более нескольких дней.Но специалисты по моделированию климата подсчитали, что пока они там, они отражают до трети парникового потепления.

Однако в последние годы это охлаждающее влияние начало снижаться в большей части мира.Благодаря законодательству о чистом воздухе, направленному на защиту здоровья населения, выбросы аэрозолей сократились в Европе и Северной Америке с 1980-х годов.По словам Чжэна, за последнее десятилетие то же самое произошло в Китае, где жесткий государственный контроль над грязными отраслями промышленности, введенный президентом Си Цзиньпином в 2013 году, позволил сократить общие выбросы аэрозолей на 70 процентов.

Во всем мире сейчас в воздухе одновременно содержится меньше антропогенных аэрозолей, чем за последние десятилетия.Сюзанна Бауэр, специалист по моделированию климата в Институте космических исследований имени Годдарда НАСА, говорит этот «поворотный момент эры аэрозолей» произошел в первом десятилетии этого столетия и, похоже, будет продолжаться, поскольку все больше стран стремятся избавиться от смога.

В результате, по словам ученых, аэрозольная маска спадает, что приводит к ускорению глобального потепления во многих регионах.«В настоящее время мы наблюдаем глобальное потепление, вызванное выбросами парниковых газов, которое усиливается за счет удаления аэрозолей», — говорит Бен Бут, специалист по моделированию климата из Великобритании.Метеорологическое бюро.

Климатические последствия этого не являются неожиданными.Прогнозируемое снижение аэрозольного охлаждения уже учтено прогнозы будущего глобального потепления Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК).Но новые выводы Чжэна о причинах теплого тихоокеанского пятна предполагают, что мы также можем ожидать все более крупных региональных климатических сюрпризов.

Без охлаждающего эффекта аэрозолей мир уже достиг бы температурного порога опасного изменения климата.

Почему так?Ответ заключается в том, что аэрозоли не остаются в воздухе достаточно долго, чтобы тщательно перемешаться в атмосфере.Таким образом, национальные меры по очистке от загрязнения создадут радикально новые карты распределения аэрозолей.

Некоторые районы будут нагреваться гораздо сильнее, чем другие, и это дифференциальное потепление может дестабилизировать структуру атмосферной циркуляции, которая в основном обусловлена ​​жарой.Похоже, именно это и происходит в северо-восточной части Тихого океана, говорит Чжэн.

Когда он и Хай Ван, также из Океанского университета Китая, вместе с коллегами из США и Германии, смоделировали вероятное воздействие на системы циркуляции недавней очистки воздуха над восточным Китаем, они обнаружили, что очистка страны от смога вызвала исключительный нагрев атмосферы с подветренной стороны над Тихим океаном.

Это изменило давление воздуха и усиленный Алеутская низменность — полупостоянная область низкого давления в Беринговом море.Это, в свою очередь, снизило скорость ветра дальше на восток, ограничив способность ветров охлаждать океан внизу, создавая «благоприятные условия для экстремального потепления океана».

Чжэн и его коллеги предупреждают, что полученные результаты являются предвестником будущих «непропорционально крупных» событий, связанных с появлением теплых капель.

Аэрозоли бывают разных форм и размеров: от пыли и сажи до мельчайших частиц, невидимых глазу.Они имеют множество природных источников, таких как лесные пожары и пыльные бури.Но после промышленной революции аэрозольная нагрузка в атмосфере резко возросла из-за антропогенных источников, в первую очередь сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть.

Эти выбросы включают большие объемы диоксида серы (SO2), газа, который легко вступает в реакцию с другими соединениями в воздухе, создавая мельчайшие частицы, которые одновременно затеняют планету и могут действовать как ядра конденсации, заставляющие атмосферную влагу объединяться в капли воды, образующие облака. .

При сжигании ископаемого топлива образуются как углекислый газ, вызывающий потепление планеты, так и аэрозоли, которые маскируют большую часть потепления.Атмосферные температуры зависят от баланса между ними.Последняя МГЭИК оценка Исследования климата, опубликованные в 2021 году, подсчитали, что парниковые газы вызывают эффект потепления примерно на 1,5 градуса Цельсия, причем 0,4 градуса маскируются аэрозолями.

«Без охлаждающего эффекта аэрозолей мир уже достиг бы температурного порога «опасного» изменения климата в 1,5 градуса, как это предусмотрено Парижским соглашением». говорит Йоханнес Кваас, метеоролог из Лейпцигского университета и бывший ведущий автор МГЭИК.

Но баланс меняется по мере того, как все больше стран принимают меры по сокращению выбросов аэрозолей.

До недавнего времени выбросы аэрозолей с кораблей, вероятно, охлаждали планету больше, чем выбросы парниковых газов согревали ее.

Они делают это из-за растущей осведомленности о влиянии аэрозолей на здоровье населения, которое Всемирная организация здравоохранения вычисляет ежегодно становятся причиной более 4 миллионов преждевременных смертей от рака, респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний.По данным исследования, загрязнение воздуха сократило продолжительность жизни в некоторых частях Китая на пять лет. исследование 2013 года.

Страны требуют от энергетических компаний, промышленности и производителей транспортных средств фильтровать твердые частицы и либо сжигать топливо с низким содержанием серы, либо устанавливать оборудование для удаления SO2 из выбросов дымовых газов — таким образом, очищая аэрозольные выбросы и выбросы SO2 без снижения энергии, вырабатываемой при сжигании топлива.

В Европе и Северной Америке законы о чистом воздухе действуют уже почти полвека.С 2013 года, после изнурительного смога во многих городах, Китай последовал этому примеру с головокружительной скоростью.За десять лет антропогенные выбросы аэрозолей сократились на 70 процентов, а выбросы SO2 сократились еще больше: с 20,4 миллиона тонн в 2013 году до 2,4 миллиона тонн в 2022 году.

Китайские исследователи довольно подробно отследили влияние этого на местный климат.Ян Ян, физик атмосферы из Нанкинского университета информатики и технологий, подсчитал, что к 2017 году усиленный существующая тенденция парникового потепления в восточном Китае на 0,1 градуса Цельсия.Поскольку очистка распространяется, в том числе и на транспортировку, он ожидает это дополнительное нагревание увеличится до 0,2–0,5 градусов Цельсия к 2030 году и более чем до 0,5 градусов Цельсия к 2060 году. https://flo.uri.sh/visualisation/18099847/embed

Ян прогнозирует, что это также вызовет изменения в местной циркуляции атмосферы, что приведет к увеличению количества осадков на юге Китая и за его пределами, в соседних странах, таких как Филиппины.Новое исследование Чжэн предполагает, что последствия уже гораздо более долгосрочные: они простираются через Тихий океан и создают «Каплю» на берегах США.

---

Где еще мы можем ожидать нарушения местного изменения климата?За пределами Китая исследователи изучают потенциальные сюрпризы океанического климата, возникающие в результате недавних усилий по сокращению выбросов SO2 от судоходства.

Грязное сернистое дизельное топливо уже давно является предпочтительным топливом для судовых котлов.В результате мировые судоходные флоты до недавнего времени ежегодно выбрасывали более 10 миллионов тонн SO2, что составляло от 10 до 20 процентов общего антропогенного воздействия на климат, вызванного аэрозолями, говорит Майкл Даймонд, изучающий аэрозоли и климат в Университете штата Флорида. .

Корабли – это основная причина накопления аэрозолей над океанами, где обычно мало других антропогенных источников.Спутниковые снимки показывают четкие следы облаков, простирающихся вдоль основных морских маршрутов.

Разумеется, при сжигании корабельного топлива также выделяется углекислый газ.Но до недавнего времени выбросы аэрозолей с кораблей, вероятно, охлаждали планету больше, чем выбросы парниковых газов согревали ее.Однако ситуация меняется.Суда, похоже, готовы перейти от планетарных охладителей к планетарным обогревателям.

Устранение метана, недолговечного парникового газа, может обеспечить быстрое устранение некоторых последствий потери аэрозолей.

В 2020 году Международная морская организация ООН (ИМО) отреагировала на растущее давление с требованием очистить воздух вокруг портов, сокращение содержание серы допускается в транспортном топливе от 3,5 процента до 0,5 процента.Сокращение выбросов SO2 с судов уже привело к уменьшению количества облаков над судоходными путями и повышению температуры океана.

Даймонд говорит, что у него есть статья, которая в настоящее время находится на экспертном рассмотрении, «вывод которой заключается в том, что около трети морской жары в Северной Атлантике [в прошлом году] может быть связано с правилами ИМО». Между тем Бут является соавтором бумага опубликованный онлайн в этом месяце, в котором утверждается, что сокращение выбросов от судоходства «может помочь частично объяснить быстрый скачок глобальных температур за последние 12 месяцев».

---

Куда мы направляемся?

Если мир будет успешно работать над снижением выбросов парниковых газов в ближайшие десятилетия, продолжая при этом ограничивать выбросы аэрозолей, то мы все равно можем ожидать продолжения потепления, растущей причиной которого является сокращение аэрозолей.

Ян недавно стал соавтором бумага это прогнозирует мир середины века, в котором воздействие на потепление более чистого воздуха «намного перевесит воздействие парниковых газов». По его словам, «будут увеличены волны влажной жары с большей продолжительностью и более сильными амплитудами».

Так что же можно сделать?Может ли мир иметь чистый воздух, сохраняя при этом потепление на терпимом уровне и избегая усугубления волн океанской жары?

Большинство ученых, с которыми беседовали в рамках этой статьи, согласились, что лучшим путем остается удвоение усилий по сокращению выбросов парниковых газов.Но Даймонд предполагает, что дилемма аэрозолей проливает свет на необходимость уделять приоритетное внимание сокращению выбросов. выбросы метана.

Этот ядовитый парниковый газ занимает второе место после углекислого газа в качестве планетарного потеплителя.Сейчас, отмечает Даймонд, его согревающий эффект почти идентичен среднему охлаждающему эффекту от продолжающихся выбросов аэрозолей.А поскольку метан является относительно недолговечным парниковым газом, сохраняющимся в атмосфере всего около десяти лет, его устранение может обеспечить быстрое устранение некоторых последствий потери аэрозолей.К счастью, для достижения этой цели есть легко висящие плоды:Самые простые и дешевые меры включают предотвращение выброса метана из газовых и нефтяных скважин и трубопроводов.

Чтобы внести ясность: никто — абсолютно никто — не предлагает нам прекратить очистку аэрозолей.Число погибших было бы слишком велико.

Источник: Йельский университет