В заповеднике завершился уникальный эксперимент по изучению динамики черного углерода в воздухе.
Одной из основных угроз человечеству в 21 веке называют глобальное изменение климата. Оно приводит к разбалансировке всех природных систем: изменению режима выпадения осадков, температурным аномалиям и увеличению частоты экстремальных явлений, таких как ураганы, наводнения и засухи.
Одним из веществ, вызывающих такие изменения, является черный углерод. (ЧУ) - твердые частицы, в основном состоящие из чистого углерода, которые абсорбируют солнечную радиацию во всех длинах волн. Он относится к короткоживущим климатическим загрязнителям, т.к. циркулирует в атмосфере от нескольких дней до нескольких лет, а не десятки лет как, например, СО2. По оценкам американского специалиста М. Якобсона, 15-30% глобального потепления обусловлено именно эмиссией сажевых частиц (Jacobson, 2002).
Климатическое действие черного углерода основано на трех эффектах:
- Прямое поглощение солнечной радиации.
- Загрязнение облаков, что приводит как к поглощению солнечной радиации и прогреву облаков, так и к дополнительному образованию водяных капель.
- Снижение отражающей способности снега и льда (альбедо поверхности) при осаждении темных частиц из атмосферы.
Для России и Арктики наиболее важен именно последний эффект. В незагрязненном состоянии белый снег и лед отражает примерно 98% солнечной радиации. Когда же он загрязнен «черным углеродом», то отражается от 97 до 90%. То есть поглощение солнечного излучения увеличивается с 2 до 3-10% (в 1,5 - 5 раз).
Помимо этого, при достаточно высоких концентрациях атмосферный черный углерод оказывает отрицательное влияние на здоровье человека.
Кратковременное и долговременное его воздействие приводит к возникновению респираторных и кардиоваскулярных заболеваний, а также к преждевременной смерти. Частицы черного углерода попадают в организм человека через легкие в процессе дыхания, через желудочно-кишечный тракт с водой и пищей, а также через кожу и слизистые оболочки. В исследовании Российской академии наук была выявлена положительная связь взвешенных частиц черного углерода с ростом смертности от ишемической болезни сердца и цереброваскулярных заболеваний в Москве. Взвешенные частицы, содержащие черный углерод, также связывают со снижением урожайности и нанесением ущерба материалам и зданиям.
Основными источниками выбросов черного углерода в России являются лесные пожары, а также потребление энергии в жилищном секторе, на транспорте и в промышленности.
Наблюдения за содержанием черного углерода за рубежом осуществляются уже несколько десятилетий. В России динамика его концентрации изучается непрерывно только в Москве, Томске и, до недавнего времени, в Тикси. Основная масса данных по фоновому содержанию ЧУ в России относится к экспедиционным работам длительностью 1-2 месяца.
Эксперимент по изучению динамики концентрации черного углерода в воздухе на территории Печоро-Илычского заповедника проходил более двух лет. Его целью было изучение динамики концентрации ЧУ в фоновом районе, удаленном от крупных промышленных объектов, на примере Якшинского участка заповедника.
Работы по изучению концентрации черного углерода в заповеднике проводили с сентября 2017 г по ноябрь 2019 г. Пробы отбирали в течение суток в 2 км от пос. Якша. Смену фильтров производили ежедневно в 8 утра. Всего за время проведения эксперимента было отобрано 766 образцов. В дальнейшем образцы анализировали в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в Москве.
Результаты проведенных исследований показали, что концентрация черного углерода в районе Якшинского участка относительно низка и сходна с данными, полученными в разных районах Арктики.
В таблице приведены данные для сравнения результатов измерения концентрации ЧУ в Печоро-Илычском заповеднике и в разных районах мира (по материалам статьи Виноградова А.А., Копейкин В.М., Смирнов Н.С., Васильева А.В., Иванова Ю.А. Черный углерод в приземном воздухе в районе Печоро-Илычского заповедника: измерения и источники. // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 06. С. 430–436.)
Полученные данные о концентрации черного углерода показали, что в районе пос. Якша наблюдаются сезонные колебания содержания черного углерода в приземном слое воздуха (рисунок). В летне-осенний период концентрация черного углерода в приземном воздухе заметно ниже, чем в зимне-весенний. Вероятнее всего, это связано с повышенным сжиганием топлива населением и котельными в течение отопительного сезона. (Виноградова А.А., Копейкин В.М., Смирнов Н.С. Мониторинг концентрации черного углерода в приземном воздухе в районе Печоро-Илычского биосферного заповедника // Успехи современного естествознания. 2019. №11. В печати.)
Вариации концентрации черного углерода в приземном слое воздуха
в районе пос. Якша в течение 2018 г.
Сейчас обработка образцов еще продолжается. Полученные первые результаты показали, что основные источники ЧУ в атмосфере в районе Печоро-Илычского заповедника удалены на расстояние не более 500 км и расположены на территориях промышленного Среднего Урала, районов добычи углеродсодержащего топлива ЯНАО и ХМАО, в городах и поселках (с их промышленностью, транспортом и бытовым отоплением) Пермского края, Удмуртии, Республики Коми. Летом (июль-август), в период лесных пожаров возможно их влияние, которое должно быть разным день ото дня в зависимости от расположения и мощности эмиссии ЧУ в атмосферу от очагов пожаров.
По результатам проведенной работы издано две статьи в рецензируемых журналах, материалы были представлены на российских и международных конференциях. Идет подготовка еще нескольких публикаций.
Текст и фото: зам. директора по науке Смирнов Н.С.