«Наука в Сибири» № 9-10 (2295-2296) 2 марта 2001 г. ВСЯ СОЛЬ В АЭРОЗОЛЯХ Людмила Юдина, "НВС" В интеграционном проекте "Аэрозоли Сибири" задействованы специалисты разной направленности, около двадцати научно-исследовательских и учебных институтов. Рабочий момент встречи партнеров: доцент Сибирской государственной геодезической академии, кандидат технических наук Л.Трубина, доктор физико-математических наук К.Куценогий и старший научный сотрудник ЦСБС, кандидат биологических наук Н.Власова. Доктор физико-математических наук К.Куценогий, главный научный сотрудник лаборатории дисперсных систем Института химической кинетики и горения СО РАН — один из координаторов интеграционного проекта "Аэрозоли Сибири". Цель проекта — изучение закономерностей образования, трансформации и переноса аэрозолей в Сибирском регионе на локальном, региональном и глобальном уровнях. Ответ на данный вопрос позволит выяснить их источники и стоки, скорости миграции различных веществ и элементов, оценить влияние аэрозолей на качество атмосферного воздуха, загрязнение растительности, почвы и воды, на здоровье людей и животный мир, на атмосферные процессы и климат. В одной из бесед Константин Петрович как-то заметил, что прошедший год даже несколько ошеломил участников проекта количеством и качеством полученных результатов. Широкое применение современных компьютерных, геоинформационных технологий позволило изучать объекты, явления и процессы от космического масштаба до микроскопического. "Мы научились строить компьютерные модели реальной природы — цветные, трехмерные". — В интеграционном проекте "Аэрозоли Сибири" участвуют специалисты разных направлений. Их более ста, восемнадцать научно-исследовательских и учебных институтов. Особенно тесная связь с Геодезической академией. Каждый из участников получил возможность глубже и многостороннее исследовать стоящие перед ним проблемы. В рамках проекта мы обрели замечательных партнеров. Для большей убедительности приведу пример из области совместной работы с Центральным сибирским ботаническим садом СО РАН. Существует такой уникальный с точки зрения ботаника цветок — горичавка. Растет он только в определенном месте — там, где кончается ледник и начинается растительность. До сих пор не удалось узнать как он опыляется. Сейчас общими усилиями надеемся объяснить этот неизвестный факт. Прежде всего воспроизвели цветок на компьютере. Кстати, вы сможете увидеть его... (И я увидела. Взгляд на монитор через стереоочки — и загадочная горичавка предстала во всей красе — живая, объемная, ярко-синяя). — Позвольте спросить, какое отношение к аэрозолям Сибири имеет цветок горичавка? Кандидат физико-математических наук Г.Ковальская за определением многокомпонентного состава образцов окружающей среды. — Пример, конечно, носит частный характер и скорее говорит о преимуществах сотрудничества специалистов разного профиля. Но, должен заметить, мы занимаемся биогеохимией, биогеоценозами. Все в природе взаимосвязано, и горичавка в данном случае тоже выступает не сама по себе. Множество факторов влияет на свойства атмосферных аэрозолей. Имеется большое число источников аэрозолей различной природы, сложны закономерности их переноса атмосферными потоками. Определение многоэлементного состава частиц и изучение их пространственно-временного изменения широко используется для выяснения типов источников атмосферных аэрозолей. Сегодня, например, в любом объекте окружающей среды (кроме чистой воды), и в той же горичавке, мы можем определить до 30-ти элементов. Чтобы знать "примеси" аэрозолей, нужно иметь картину состояния объектов естественной природы, структуру растительности, почвы и прочее. — Атмосферные аэрозоли непосредственно влияют на нашу жизнь? — Аэрозоли играют важнейшую роль в нашей жизни! Сейчас уже приходит понимание того, что атмосфера — это по существу аэрозоли, и все ее основные свойства определяются незначительной долей содержащихся в аэрозолях жидких и твердых частиц, взвешенных в газовой фазе атмосферы. Как нельзя понять свойства полупроводников, не учитывая их микропримесей, так и невозможно описать процессы, происходящие в атмосфере, не зная закономерностей образования и трансформации аэрозолей под влиянием физических и химических процессов. Аэрозоли интересны специалистам разной направленности. Сейчас мы начинаем работать с океанологами, которые показали, что жизнь в Арктике зависит в первую очередь от того, какое количество биогенного вещества, именно в виде аэрозолей, будет доставлено на Север. От биогенной массы очень многое зависит при круговороте веществ в природе. Рассмотрим данное утверждение на примере лесных пожаров. Здесь следует обратить внимание на два аспекта. Первое — вопрос круговорота СО2, который определяют сегодня как одну из важнейших причин парникового эффекта. И второе — возможное влияние аэрозолей, образующихся при лесных пожарах, на климат. Все знают, что лесные пожары — страшное бедствие. Но тем не менее, они играют значительную роль в происходящих в природе трансформациях. Скажем, пожар случился в экваториальной зоне, выгорела саванна. Вся запасенная биомасса ушла в атмосферу, что, казалось бы, должно привести к парниковому эффекту. Но уже на следующий год, когда наступит период дождей, биомасса восстановится, и весь избыток углекислого газа, выброшенного в атмосферу, будет поглощен вновь выросшей растительностью. Таким образом, в годичном цикле баланс СО2 в атмосфере будет восстановлен. Если же процесс накопления биомассы в лесах тропической зоны уменьшит содержание СО2 в атмосфере, то после лесного пожара несгоревшая растительность под действием микроорганизмов быстро разлагается, и опять баланс СО2 восстанавливается. Совсем другое дело — Север, где пожар приводит к последствиям почти необратимым. Там нет условий для быстрого воспроизведения биомассы, процессы микроразложения подавлены. Ценоз восстановится только лет через сто—двести. Значит все это время в атмосфере будет идти накопление углекислого газа, что и может вызвать парниковый эффект. Наряду с образованием газообразных продуктов, основным из которых является СО2, при горении биомассы всегда образуется незначительная часть сажи и других аэрозольных частиц. Хотя в балансе цикла углерода сажа составляет мизерную часть, последствия ее влияния на климат могут быть существенными и иметь обратный к парниковому эффект. Так называемый "эффект ядерной зимы" (явление обнаружено в середине 80-х годов). Суть его в следующем: образующиеся облака черного дыма нарушают тепловой баланс в атмосфере, что приводит к существенному понижению температуры Земли и прекращению на ней основной жизнедеятельности ("ядерная зима"). Прямой эффект образующихся при горении биомассы аэрозолей. Другой тип частиц, которые нарушают тепловой баланс — ядра конденсации. Они изменяют размер капель в облаках (уменьшают их), в результате увеличивается отражающая способность последних. Это вновь приводит к охлаждению поверхности Земли. Данные процессы по-разному проявляются в различных почвенно-климатических зонах. Собственно, на аэрозолях "завязаны" проблемы локального, регионального и глобального масштаба. — Почему особо выделены "Аэрозоли Сибири"? — Дело здесь в следующем. В глобальном масштабе аэрозоли можно разделить на два основных класса — морские и континентальные. Морские аэрозоли изучены лучше. Континентальные, наиболее сложные, сейчас интенсивно исследуются. И Сибирь, в силу своего расположения, совершенно уникальный регион для их изучения. — Константин Петрович, какие из полученных результатов вы бы выделили особо? — Здесь я остановился бы на двух моментах. Прежде всего — это выяснение источников локального, регионального и глобального масштаба по изменению многокомпонентного состава аэрозолей. Показано, что северные регионы Западной Сибири, несмотря на меньшую абсолютную концентрацию различных химических элементов, испытывают существенно большую антропогенную нагрузку. А причина в том, что сам регион намного чище, чем районы с развитыми индустрией и сельским хозяйством. В зимний сезон на Севере из 20 измеряемых элементов примерно половина (9) антропогенной природы. На юге — не более трех. Другой наш результат связан с изучением ионного состава аэрозолей, снежных выпадений и поверхностных вод. Это так называемая проблема кислотных дождей. Показано, что в северных районах кислотные дожди образуются значительно чаще, ибо там практически подавлены источники почвенно-эрозионных аэрозолей, которые в обычных условиях нейтрализуют кислотность осадков. В озерах и реках Севера минерализация на порядок ниже за счет вечной мерзлоты. И выпадаемые кислотные дожди не могут быть нейтрализованы. — И что в результате? — Появляется высокая концентрация токсичных форм тяжелых металлов, что представляет прямую опасность для здоровья людей, для окружающей среды. Некоторые озера на Севере практически мертвы. — Налажена ли надежная система мониторинга? В реализации проекта данное обстоятельство играет далеко не последнюю роль. — Система наземного мониторинга охватывает полторы тысячи километров — с востока на запад и с севера на юг. До начала 90-х годов в Северном полушарии, в рамках международной сети мониторинга, действовали 22 станции для изучения свойств фонового континентального аэрозоля. В нашей стране не было ни одной. И лишь с 90-х годов, в инициативном порядке, на базе стационаров Сибирского отделения РАН, начался мониторинг атмосферных аэрозолей Сибири. По сути наш проект тогда и зародился — с участием 4—5 институтов. Год назад "Аэрозоли Сибири" получили поддержку Сибирского отделения, и проект начал функционировать, как интеграционный. Для слежения использована система геофизических и биологических стационаров Сибирского отделения РАН. Ведем одновременные измерения в различных точках наблюдения, удаленных одна от другой на сотни километров. Выяснено, что многоэлементный состав аэрозолей изменяется в зависимости от времени года и почвенно-климатических зон. Летом значительный вклад в формирование химического состава аэрозолей вносят частицы почвенно-эрозионного происхождения. Зимой больше аэрозолей антропогенного происхождения. Изучаем, как меняется почвенно-эрозионная аэрозоль по всему разнообразию ландшафтов. На получение информации работает космос — можно вести речь о космическом мониторинге, используется аэрофотосъемка, действует система лидаров, есть специальные исследовательские суда, в том числе и на Байкале. Деятельность "нашей команды" можно сравнить, пожалуй, с деятельностью современной международной ассоциации. Еще одна форма участия в проекте "Аэрозоли Сибири" — комплексные экспедиции. Хочу повториться, что интеграционные проекты — это великое благо, ибо к решению конкретных задач привлечена силы специалистов разного профиля. Для определения многокомпонентного состава аэрозолей, например, пользуемся услугами ИЯФовцев, причем, что особенно ценно, анализ выполняется без разрушения образца; с сотрудниками Института леса СО РАН развиваем космический мониторинг. Совместными усилиями участников проекта создается банк данных. В системе Сибирского отделения действует научный совет по ГИС-технологиям. Программу курирует Институт вычислительных технологий СО РАН. Мы участвуем в этой программе и привлекаем ее участников к работам по проекту. В общем, интеграция осуществляется в самом широком смысле. Фото В.Симоненко. стр.