Мелкие частицы сажи затемняют арктический снег и ускоряют его таяние

Фото из открытых источников

Для моделирования климата необходимы точные исторические данные, чтобы определить, что присутствовало в атмосфере в прошлом. Для моделирования потепления в Арктике в прошлом ученым необходимо знать, сколько сажи выпало на арктический снег. Эти оценки основаны на данных о пожарах, промышленности и потреблении топлива. Однако в этих оценках скрывался пробел, который одни только цифры выявить не могли.

Доказательства были обнаружены не в Арктике, а в иле озера в Китае, за тысячи километров оттуда. Это открытие может изменить оценки скорости таяния льдов на Крайнем Севере. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Альбедо — это показатель того, сколько света отражает поверхность. Чистый снег имеет высокое альбедо, отражая большую часть солнечного света обратно в атмосферу, прежде чем он сможет нагреть землю.

Когда темные частицы оседают на этой белой поверхности, эффект меняется на противоположный. Черный углерод — это сажа, остающаяся после сжигания топлива, древесины и сельскохозяйственных культур, и он поглощает солнечный свет, а не отражает его.

Даже лёгкий слой снега нагревает его и ускоряет таяние. Как только начинается таяние, оно, как правило, самоподпитывается. Открытая земля и вода поглощают гораздо больше тепла, чем снег. Таким образом, поверхность нагревается, снег тает, и появляется еще больше темной земли. Ученые изучают эту обратную связь уже много лет.

До появления спутников и станций мониторинга исследованиям не хватало достоверных данных о количестве сажи, переносимой по Северному полушарию.

Группа исследователей из Института окружающей среды Земли, входящего в состав Китайской академии наук, отправилась на поиски этой истории в неожиданном архиве, расположенном в озерных отложениях.

Тонкие слои ила год за годом накапливаются на дне озер, задерживая все, что падает с неба. Чем глубже вы вникаете в этот ил, тем дальше в прошлое вы заглядываете. Сажа в каждом слое отражает то, что горело и в каком количестве, когда ил только осел. Сюэхун Гун и его коллеги проанализировали эти слои в озерах по всему Китаю.

Осадочные породы рассказывали историю, которая не соответствовала официальным данным. Исследователи оценивают уровень загрязнения в прошлом, подсчитывая известные пожары, промышленные предприятия и потребление топлива.

До середины 1900-х годов эти оценки не соответствовали действительности. В грязи содержалось значительно больше сажи, чем предсказывали подсчеты. В более ранние периоды горело гораздо больше, чем показывают записи.

Этот разрыв соответствует закономерности, отмеченной другими учеными. Древний полярный лед также сместил исторические оценки количества сажи в сторону увеличения. Одно исследование предполагает, что более ранние данные были значительно ниже истинного общего количества.

Одно дело знать, что старые данные были занижены. Чтобы показать, что это значит для Арктики, потребовалась численная климатическая модель, компьютерное моделирование взаимодействия воздуха, тепла и поверхностей.

Поэтому команда разработала поправку. Они повысили исторические данные по содержанию сажи, чтобы они соответствовали данным, полученным из кернов грязи и льда, а затем пропустили скорректированные данные через модель.

В каждом запуске использовалась разная сила воздействия, чтобы проверить, насколько результаты меняются в зависимости от исходного предположения. Никто не может точно определить историческое значение, поэтому в симуляциях проверялся диапазон значений, а не одно конкретное число.

В ходе этих экспериментов дополнительное количество сажи оставило заметный след. Увеличение выбросов привело к потеплению на крайнем севере весной и летом, когда солнечный свет возвращается к снегу, который еще не растаял.

Чем больше солнечного света поглощается поверхностью, тем больше таяния арктического снега в моделировании. Снежный покров отступал быстрее, и все это из-за сажи, которая не учитывалась в предыдущих расчетах. Величина эффекта зависела от того, какое дополнительное количество сажи предположили исследователи.

Тем не менее, все версии сходились во мнении о направлении эффекта. Если скорректировать данные в сторону увеличения, то, согласно смоделированной модели, Арктика будет нагреваться и таять быстрее.

Наибольшее количество сажи образуется там, где солнечный свет и снег находятся на одной линии. Пик концентрации черного углерода в арктическом воздухе приходится на весну, когда солнце поднимается в воздух и снежный покров еще достаточно толстый.

Этот сезонный всплеск уже ранее выявлялся с помощью прямых измерений. Отдельное исследование показало гораздо большее количество сажи в арктическом воздухе весной, в тот же сезон, который, согласно модели, является наиболее чувствительным.

В совокупности, сроки и скорректированные данные об выбросах усиливают давнюю обеспокоенность. Возможно, Арктика нагревалась под воздействием большего количества сажи, чем предполагали исторические данные.

Реконструкции ранней индустриальной эпохи основывались на данных об уровне сажи, которые, согласно нынешним исследованиям, были занижены. Данное исследование опровергает это предположение с помощью вещественных доказательств.

Полученные данные могут изменить подход ученых к построению базовых оценок. Если исторический уровень сажи был выше, то некоторые причины раннего потепления в Арктике, которые долгое время связывали с другими факторами, могут быть связаны с черным углеродом.

Прогнозы, основанные на старых данных, также, возможно, нуждаются в пересмотре. Исследователи называют скорректированные данные по выбросам диапазоном, а не окончательным выводом, и настаивают на использовании более точных исторических данных для уточнения этого диапазона.

Однако, если отбросить все оговорки, главный вывод остаётся неизменным. Арктика накапливает сажу дольше и в больших количествах, чем указывают исторические данные.