Ученые обнаружили, что в Арктике существуют три различных климатических зоны

Фото из открытых источников

Новое исследование выявило три различных атмосферных зоны в Арктике, каждая из которых по-разному реагирует на потепление, что имеет серьезные последствия для будущих климатических прогнозов. Результаты были опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Обширный новый массив данных об аэрозолях, охватывающий два десятилетия и восемь станций мониторинга, показал, что Арктика представляет собой не единую климатическую систему, а три отдельные зоны, каждая из которых реагирует на потепление по-своему.

Темпы потепления в Арктике примерно в четыре раза выше, чем в среднем по миру. До сих пор почти никто не осознавал, что Арктик» одновременно выполняет как минимум три разных функции.

В недавнем исследовании использованы данные измерений аэрозолей за более чем 20 лет, полученные с восьми станций мониторинга, расположенных по всей Арктике.

Полученные данные были объединены со спутниковыми снимками и картографированием с использованием искусственного интеллекта, что позволило разделить Арктику на три зоны с различными атмосферными «характеристиками». 

В одном случае потепление может увеличить количество частиц, способствующих образованию облаков. В другом случае количество этих частиц может уменьшиться.

Что касается третьей зоны, ответ почти полностью зависит от того, что происходит на заводах и в лесах, расположенных за тысячи километров. 

Исследование проводилось под руководством Самуэля Де Сюнь Чуа из Хельсинкского университета. Измерения проводились в период с 2003 по 2024 год.

Облакам нужны «зародыши». Этими «зародышами» являются аэрозольные частицы подходящего размера и химического состава — ядра конденсации облаков, или ЯКО, — вокруг которых водяной пар конденсируется в капли. При благоприятных условиях большее количество ядер конденсации облаков может привести к образованию большего числа более мелких облачных капель, что делает облака более отражающими.

В тропиках концентрации ядер конденсации облаков обычно достаточно высоки, поэтому добавление или удаление нескольких из них практически не влияет на ситуацию. В Арктике же концентрации могут быть настолько низкими, что образование облаков ограничивается дефицитом частиц. 

Небольшое изменение в балансе аэрозолей может повлиять на энергетический баланс участка океана или льда размером с целый регион. Одним из важных источников этих частиц является образование новых частиц. Это означает спонтанное формирование аэрозоля из газообразных предшественников. 

В качестве предшественников используются соединения йода, образующиеся при таянии морского льда, пары серы, выделяющиеся в результате биологической активности, и продукты окисления из органических источников. 

Скорость этого процесса варьируется в зависимости от температуры, солнечного света, влажности и наличия газов-предшественников. Это означает, что ситуация в Арктике меняется таким образом, что предыдущие исследования, ограниченные фрагментарными данными со станций и короткими временными интервалами, не могли в полной мере это отобразить.

Чтобы обойти проблему неоднородности данных, команда из Хельсинки разработала основанный на спутниковых данных показатель, который они назвали потенциалом NPF. Это ежемесячный индекс, рассчитываемый на основе данных об ультрафиолетовом излучении, водяном паре, растительном покрове, концентрации морского льда, атмосферной аэрозольной нагрузке и температуре поверхности. 

Затем этот показатель калибруется на основе фактических данных, полученных с наземных станций. В ходе исследования, проводившегося в Арктике с 2006 по 2021 год, была создана пятнадцатилетняя карта, показывающая, где образование частиц было высоким, низким или просто не имело отношения к местному балансу ядер конденсации облаков. Выделились три зоны.

Высокая Арктика – вечные льды, заснеженные земли, Гренландия, Канадский архипелаг – это регион, где NPF и CCN наиболее эффективно взаимодействуют друг с другом, обеспечивая максимальную чистоту. 

Здесь доминируют локальные процессы. Отступление морского льда на окраинах уже приводит к высвобождению биологических и химических прекурсоров, подталкивая образование частиц вверх по течению. Согласно промежуточному сценарию потепления, к 2090–2100 годам концентрация ядер конденсации облаков в этой зоне, по оценкам, увеличится на 3–16 процентов.

Морская Арктика — это открытые воды Баренцева и Норвежского морей, которые в определенные сезоны свободны ото льда, обладают высокой биологической продуктивностью и богаты предшественниками йода и серы. Из трех рассматриваемых регионов она обладает самым высоким потенциалом образования новых частиц. 

Однако потенциал NPF и фактическое содержание CCN движутся в противоположных направлениях. Увеличение количества водяного пара приводит к подъему того, что специалисты по атмосферной химии называют конденсационным стоком. Только что образовавшиеся частицы поглощаются существующим аэрозолем, прежде чем они вырастут до размеров, достаточных для образования облаков. 

По оценкам, к концу столетия концентрация ядер конденсации облаков в этом регионе снизится на 15–31 процент. Это снижение может повлиять на образование облаков на значительной территории Арктики.

Затем есть континентальная Арктика, зона, которая совершенно не вписывается в эту картину. Она простирается от Лапландии на восток через Сибирь и в некоторые районы северной Канады. 

В данном случае потенциал образования новых частиц и концентрация ядер конденсации облаков практически не коррелируют. Образование локальных частиц не является тем фактором, который пополняет баланс ядер конденсации облаков. 

Его заполняют переносимые вещества: сульфатные аэрозоли и органические частицы, переносимые на север европейской промышленностью, лесными пожарами в Сибири или сельским хозяйством Северной Америки. 

Атмосфера над этим поясом находится под влиянием решений, принимаемых человеком на значительном расстоянии. Будущая облачность будет определяться не столько арктическими температурами, сколько траекторией глобальных выбросов.

«Вопрос не только в том, станет ли Арктика облачнее, — сказал Чуа. — Нужно также спросить, где и насколько?»

Облачность является крупнейшим источником неопределенности в климатических прогнозах. То, что Арктика посветлеет в одном секторе и потемнеет в другом, не означает, что все останется как есть. 

Обратные связи обусловлены таянием морского льда, поглощением тепла океаном и моделями атмосферной циркуляции, которые переносят погодные явления в средние широты. 

Изменения в арктической облачности могут повлиять на количество солнечного света, достигающего поверхности, и на количество тепла, остающегося в атмосфере, что потенциально может повлиять на таяние морского льда и региональное потепление.

Эти взаимосвязанные процессы трудно воспроизвести в климатических моделях, что вносит неопределенность в прогнозы будущего потепления в Арктике.

Длительные периоды измерений сыграли решающую роль. Физика арктических аэрозолей сильно зависит от сезона. Радиостанция, работающая три года, может рассказать, каким было конкретное лето. А станция, работающая двадцать лет, покажет, было ли это лето типичным и в каком направлении движутся события. 

Наибольшее беспокойство у специалистов по моделированию должно вызвать открытие, касающееся континентальной Арктики. Прогнозировать баланс ядер конденсации облаков в этом регионе, исходя из местных условий, невозможно. 

Это зависит от того, какие вещества перемещаются на север из промышленно развитых стран. А поскольку выбросы в Европе за последние десятилетия сократились, концентрация ядер конденсации облаков в этой зоне, вероятно, уже изменилась. 

Дальнейшее сокращение их площади приведет к еще большему их прореживанию. Между тем, увеличение частоты лесных пожаров в бореальных лесах может снова привести к их увеличению. 

Для региона, который на протяжении 30 лет мир рассматривал как единое, быстро нагревающееся образование, главный посыл исследования заключается в исправлении ситуации: Арктика — это мозаика.

Учет этих региональных различий может помочь ученым делать более точные прогнозы изменения климата в Арктике.