Найяскравіші заходи сонця, хмарне небо та дні, коли всі кашляють, мають щось спільне: все через аерозолі, крихітні частинки, що витають у повітрі. Аерозолі можуть являти собою крихітні крапельки, частинки пилу, частинки дрібного сажі та інші речовини, які плавають в атмосфері та змінюють весь енергетичний баланс планети.
Аерозолі мають величезний вплив на клімат планети. Деякі, як чорний і коричневий вуглець, нагрівають атмосферу Землі, а інші, як краплі сульфату, охолоджують її. Вчені вважають, що в цілому весь спектр аерозолів з часом трохи охолоджує планету. Але досі не зовсім зрозуміло, наскільки сильним є цей охолоджуючий ефект і наскільки він прогресує протягом днів, років чи століть.
Що таке аерозолі?
Термін «аерозоль» є універсальним для багатьох видів дрібних частинок, які зависли в атмосфері, від її крайніх країв до поверхні планети. Вони можуть бути твердими або рідкими, нескінченно малими або досить великими, щоб їх можна було побачити неозброєним оком.
«Первинні» аерозолі, такі як пил, сажа або морська сіль, надходять безпосередньо з поверхні планети. Їх піднімає в атмосферу поривчастий вітер, злітає високо в повітря вибухаючими вулканами або вилітає з димових труб і вогнищ. «Вторинні» аерозолі утворюються, коли різні речовини, що летять в атмосфері, наприклад, органічні сполуки, що виділяються рослинами, краплі рідкої кислоти або інші матеріали, стикаються, що призводить до хімічної або фізичної реакції. Вторинні аерозолі, наприклад, створюють серпанок, від якого названі Грейт-Смокі-Маунтінс у Сполучених Штатах.
Аерозолі виділяються як природними, так і антропогенними джерелами. Наприклад, пил піднімається з пустель, сухих берегів річок, сухих озер та багатьох інших джерел. Концентрація аерозолю в атмосфері зростає і падає з кліматичними явищами; під час холодних сухих періодів в історії планети, таких як останній льодовиковий період, в атмосфері було більше пилу, ніж у теплі періоди історії Землі. Але люди вплинули на цей природний цикл – деякі частини планети забруднюються продуктами нашої діяльності, а інші – надмірно зволожені.
Іншим природним джерелом аерозолів є морські солі. Вони виносяться з океану вітром і морськими бризками і прагнуть заповнити нижні частини атмосфери. Навпаки, деякі типи сильно вибухонебезпечних вулканічних вивержень можуть викидати частинки та краплі високо у верхні шари атмосфери, де вони можуть плавати місяцями або навіть роками, підвішені за багато миль від поверхні Землі.
Діяльність людини створює багато різних типів аерозолів. Спалювання викопного палива виробляє частинки, добре відомі як парникові гази, тому всі автомобілі, літаки, електростанції та промислові процеси виробляють частинки, які можуть накопичуватися в атмосфері. Сільське господарство виробляє пил, а також інші продукти, такі як аерозольні азотні продукти, які впливають на якість повітря.
Загалом людська діяльність збільшила загальну кількість частинок, що летять в атмосфері, і зараз пилу приблизно вдвічі більше, ніж у 19 столітті. Кількість дуже маленьких (менше 2,5 мікрон) частинок матеріалу, який зазвичай називають «PM2,5», зросла приблизно на 60% з часів промислової революції. Інші аерозолі, такі як озон, також зросли, що призвело до серйозних наслідків для здоров’я людей у всьому світі.
Забруднення повітря пов’язують із підвищеним ризиком серцевих захворювань, інсульту, захворювань легенів та астми. За деякими останніми оцінками, дрібні частки в повітрі стали причиною понад чотирьох мільйонів передчасних смертей у всьому світі в 2016 році, і найбільше постраждали діти та люди похилого віку. Ризики для здоров’я від впливу дрібних частинок найвищі в Китаї та Індії, особливо в міських районах.
Як аерозолі впливають на клімат?
Аерозолі впливають на клімат двома основними способами: змінюючи кількість тепла, яке надходить або виходить з атмосфери, і впливаючи на формування хмар.
Деякі аерозолі, як і багато видів пилу з щебеню, мають світлий колір і навіть трохи відбивають світло. Коли сонячні промені падають на них, вони відбивають промені назад від атмосфери, не даючи цьому теплу досягти поверхні Землі. Але цей ефект також може мати негативний відтінок: виверження гори Пінатубо на Філіппінах у 1991 році викинуло у високу стратосферу кількість крихітних світловідбиваючих частинок, яка була еквівалентна площі 1,2 квадратних милі, що згодом спричинило охолодження планети, яке не припинялося протягом двох років. А виверження вулкана Тамбора в 1815 році спричинило надзвичайно холодну погоду в Західній Європі та Північній Америці в 1816 році, тому його прозвали «Рік без літа» – воно було настільки холодним і похмурим, що навіть надихнуло Мері Шеллі написати свою готику. роман Франкенштейн.
Але інші аерозолі, такі як дрібні частинки сажі зі спаленого вугілля чи деревини, діють навпаки, поглинаючи тепло від сонця. Це зрештою нагріває атмосферу, хоча й охолоджує поверхню Землі, уповільнюючи сонячні промені. Загалом цей ефект, ймовірно, слабший, ніж охолодження, спричинене більшістю інших аерозолів, але він, безперечно, має вплив, і чим більше вуглецевого матеріалу накопичується в атмосфері, тим більше нагрівається атмосфера.
Аерозолі також впливають на формування та зростання хмар. Краплі води легко зливаються навколо частинок, тому атмосфера, багата аерозольними частинками, сприяє утворенню хмар. Білі хмари відбивають вхідні сонячні промені, не даючи їм досягти поверхні та нагріти землю та воду, але вони також поглинають тепло, яке постійно випромінює планета, затримуючи її в нижніх шарах атмосфери. Залежно від типу та розташування хмари можуть або зігрівати довкілля, або охолоджувати його.
Аерозолі мають складний набір різних впливів на планету, і люди безпосередньо впливають на їх присутність, кількість і розподіл. І хоча вплив клімату є складним і мінливим, наслідки для здоров’я людини очевидні: чим більше дрібних часток у повітрі, тим більше воно шкодить здоров’ю людини.