NASA указала на источники углекислого газа на Земле

Команда ученых из двух калифорнийских университетов -- в Ирвине (University of California, Irvine) и технологического в Пасадене (California Institute of Technology, Pasadena) под руководством Мустафы Чахина из лаборатории реактивного движения NASA (NASA's Jet Propulsion Laboratory) представила динамическую карту распределения углекислого газа в средних слоях тропосферы. Для своей работы они использовали данные, собранные прибором AIRS (атмосферный ИК-зонд, Atmospheric Infrared Sounder), одним из приборов космического аппарата Aqua.

AIRS собирает данные, позволяющие строить распределение различных характеристик воздуха по высоте. Сканирующее зеркало вращается вокруг оси, в качестве которой выступает траектория полета, отражает инфракрасное (ИК) излучение и направляет его на детектор. За один проход зонда, который длится 8/3 секунды, он делает 90 замеров, расстояние между крайними сканирующимися точками составляет почти 800 км. Излучение, полученное с земной поверхности и из атмосферы, детектор AIRS расщепляет по длинам волн, как капельки воды «разворачивают» белый солнечный свет в радугу. Каждая длина волны чувствительна к температуре и составу воздуха на определенной высоте. Так AIRS, шаг за шагом сканируя поверхность планеты, позволяет получить трехмерный температурный профиль атмосферы или профиль концентрации в воздухе водяного пара, пыли, различных газовых примесей, например диоксида или монооксида углерода, диоксида серы или метана.

В отличие от предшественников, которые имели по 15 детекторов, у AIRS их 2378. И каждый отвечает за определенную длину волны. Это значительно увеличивает точность данных, собираемых прибором. Ученые сравнили данные по содержанию CO₂, полученные при помощи AIRS, с данными, собранными сенсорами, установленными на воздушных шарах метеослужб и самолетах, совершающих коммерческие рейсы. Разница составила не более 1--2%, то есть в рамках погрешности. Значит, ученые могут без боязни использовать в своих работах данные, собранные AIRS, -- они правильные.

Созданная специалистами NASA анимация очень наглядна. Видны распределение и изменение концентрации (в так называемых ppmv, объемных миллионных долях) углекислого газа в средних слоях тропосферы планеты. Причем как сезонные, так и от года к году. Для сравнения на первом плане приведен график изменений концентрации CO₂ за тот же период, построенный на основе данных, полученных в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях (Mauna Loa, Hawaii).

Новая динамическая карта позволяет планетологам не только наблюдать концентрацию углекислого газа, но и судить о причинах ее распределения. Команда Чахина, например, относит повышенные концентрации CO₂ на северо-западе Атлантики к последствиям его выбросов на юго-востоке США. Они поднимаются с поверхности в средние и верхние слои тропосферы и перемещаются на «конвейерных лентах» теплых воздушных течений. Также авторы полагают, что загрязненность диоксидом углерода Средиземноморья происходит от европейских и американских источников. CO₂ из Южной Азии скапливается в небе над Ближним Востоком, а из Восточной – перемещается в средние слои тропосферы над Тихим океаном.

Хорошо заметно влияние на распределение углекислого газа в атмосфере земного шара высотных струйных течений (ВСТ) Северного и Южного полушарий. Например, именно действием ВСТ объясняют загрязненность Южного полушария в узком поясе между 30° и 40° южной широты. Источниками диоксида углерода в данном случае, по всей вероятности, стали «дыхание» растений, лесные пожары и человеческая деятельность в высоких Андах Южной Америки (South America's high Andes Mountains).

«Тропосфера – как мировой океан,-- говорит Чахин, -- что вылилось в одном месте, расползется везде».

Группа Чахина сравнила данные, полученные AIRS, с теоретическими распределениями CO₂ в тропосфере, полученными в ходе вычислений на основании четырех различных климатических моделей, основанных на явлении химического газового транспорта. Кроме того что полученные модельные распределения не отражают ежегодного повышения концентрации углекислого газа, они не показывают существующие пояса повышенной концентрации в субтропических широтах.

По мнению исследователей, так как полученные ими данные независимы, не связаны с какой-либо моделью, их смело можно использовать для повышения точности и применимости существующих физико-химических моделей. Возможно, улучшенные, они позволят определять источники и стоки углекислого газа на поверхности Земли. Также данные по распределению и перемещению CO₂ могут пригодиться при изучении вертикального и горизонтального газового транспорта в атмосфере Земли.

Работа ученых опубликована в Geophysical Research Letters. 

Вскоре NASA планирует дополнить данные, полученные зондом AIRS, данными новой Орбитальной углеродной обсерватории (Orbiting Carbon Observatory). Ее запуск запланирован на январь 2009 года. Комбинация данных от AIRS и новой обсерватории позволит определить распределение диоксида углерода в нижних слоях атмосферы, прямо над поверхностью Земли.