Влияние на биосферу Земли качества воздуха новый взгляд

Новое исследование, проведенное группой ученых из Университета Миннесоты, открыло возможность совершать глобальные спутниковые измерения одного из наиболее важных химических веществ, влияющих на атмосферу Земли.

Изопрен и его влияние на атмосферу Земли

Изопрен - это природный углеводород, выбрасываемый в атмосферу в огромных количествах - примерно 500 миллиардов кг в год - растениями и деревьями. Изопрен химически активен, и, попав в атмосферу, он соединяется с антропогенными загрязнителями, что отрицательно сказывается на качестве воздуха.

Изопрен также вступает в реакцию с основным окислителем атмосферы – элементами ОН - и, следовательно, снижает способность атмосферы очищаться от загрязняющих веществ и парниковых газов. Ученые обращаются к моделям атмосферы для прогнозирования текущего и будущего её состава и качества воздуха, а также для диагностики её способности удалять парниковые газы и другие загрязнители. Но уровни выбросов изопрена очень неопределенны из-за редких наземных измерений, и ученые также не уверены в том, в какой степени изопрен действует, подавляя или поддерживая изобилие элементов ОН в атмосфере.

Способ изменения изопрена в атмосфере Земли

Теперь исследователи разработали технологию глобального измерения изопрена из космоса. Используя датчики Cross-Track Infrared Sounder (CrIS) на спутнике NOAA Suomi NPP, исследователи разработали метод поиска, который использует машинное обучение для определения концентрации изопрена в атмосфере в разных частях мира. Они объединили эти измерения с атмосферным моделированием, чтобы узнать текущее количество глобальных выбросов изопрена и того, как он влияет на атмосферное окисление.

Исследование было опубликовано в журнале Nature. «Изопрен - один из наиболее важных факторов, влияющих на состав атмосферы», - сказал Дилан Миллет. «Эти спутниковые измерения дают новое понимание того, как взаимодействуют биосфера и атмосфера Земли». Объединив измерения изопрена CrIS с другими спутниковыми данными, исследователи впервые смогли оценить содержание ОН из космоса над областями источников изопрена. Эти наблюдения подтверждают недавние лабораторные и теоретические выводы: выбросы изопрена снижают содержание кислорода в атмосфере, но не настолько сильно, как предполагалось изначально.

В результате атмосфера сохраняет значительную способность очищаться от загрязнений даже в присутствии естественных выбросов изопрена. Объединение этих измерений с другими данными, полученными из космоса, откроет новые возможности для исследования изменений OH с течением времени.

Эта работа закладывает основу для многолетних исследований, изучающих межгодовые изменения изопрена и его влияние на глобальную атмосферу. Информация этих новых спутниковых измерений также может быть использована для улучшения существующих моделей атмосферы с целью более точного прогнозирования качества воздуха в условиях меняющегося климата.

Исследователи выяснили, что:

• Спутниковые измерения изопрена показывают большие скопления изопрена над Амазонией. Эти различия указывают на острую необходимость в лучшем понимании тропических выбросов изопрена и других химически активных веществ.
• На юге Африки измерения CrIS выявили главную горячую точку изопрена, которая отсутствует в восходящих прогнозах. Это указывает на необходимость дальнейшего изучения источников изопрена в этом малоизученном регионе.
• «Эти новые спутниковые измерения показывают, что, хотя мы и можем теперь определять количество изопрена в атмосфере земли, нам еще многое предстоит узнать о том, как выбросы варьируются в разных экосистемах Земли», - сказал Келли Уэллс, исследователь из Департамента почв и водных ресурсов.