Ультрамикрочастицы, которые попадают в атмосферу при горении тропических лесов в бассейне Амазонки, провоцируют глубокую конвекцию и меняют режим выпадения осадков в регионе. Они переносятся на сотни километров, взаимодействуют с облаками и приводят к выпадению экстремальных ливней во время сухого сезона. Это действие противоположно хорошо изученному действию более крупных аэрозолей и дает новое представление о том, как аэрозоли разного размера могут влиять на климат. Такие выводы содержит исследование, результаты которого опубликованы в журнале One Earth.
Аэрозоли играют важную роль в формировании климата: они рассеивают солнечную радиацию и вступают в сложные взаимодействия с облаками, в которых становятся ядрами конденсации. Одним из важнейших источников поступления аэрозолей в атмосферу является горение биомассы, в том числе лесные пожары, во время которых происходит выброс аммиака, диметиламинов, диоксида серы и низколетучих органических соединений — газообразных предшественников стабильных аэрозолей. Образование таких аэрозолей и участие различных прекурсоров в нем составляют важную неопределенность в понимании того как меняется климат.
Ученые под руководством Маниша Шриваставы (Manish Shrivastava) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США исследовали образование аэрозолей в дыме лесных пожаров в тропических лесах Амазонского бассейна. Для этого они использовали данные о частицах разного размера в воздушных массах, которые фиксируют датчики на самолетах гражданской авиации, а также воспроизводили взаимодействие аэрозолей с облаками с помощью модели WRF-Chem 4.2.
Выяснилось, что концентрация ультрамикрочастиц (диаметром менее 50 нанометров) в воздушных массах, затронутых дымом от лесных пожаров, в два раза выше, чем в фоновых. Моделирование показало, что ключевым механизмом формирования таких аэрозолей стала нуклеация диметиламина с серной кислотой, хотя раньше наличие такого процесса в выбросах горящей биомассы не рассматривалось. Свежие частицы имеют диаметр от одного до трех нанометров и состоят из сульфатов, аммония или диметиламина, а затем покрываются органическими веществами и вырастут до 5-10 нанометров
При попадании в облака ультрамикрочастицы влияют на режим осадков. Они задерживают время их выпадения в среднем на 40 минут и увеличивают их количество на восемь процентов за счет усиления глубокой конвекции — интенсивного вертикального перемещения воздуха, которое провоцирует образование мощных кучево-дождевых облаков и выпадение обильных осадков. Под действием таких аэрозолей доля глубокой конвекции вырастает на 77 процентов, а частота сильных дождей (когда за час выпадает более 15 миллиметров осадков) — на 175 процентов.
Авторы отметили, что подобное взаимодействие ультрамикрочастиц с облаками не похоже на эффект хорошо изученных аэрозолей более крупного размера — те замедляют конвекцию и подавляют выпадение осадков. Лесные пожары оказались заметным фактором, влияющим на погоду во всем регионе бассейна Амазонки: мелкие аэрозоли переносятся на сотни километров от мест возгорания и провоцируют нетипичный для сухого сезона резкий переход от мелкой и средней конвекции к сильной.
Если выбросы аэрозолей и их предшественников от горения биомассы во всем мире растут, то аналогичные выбросы от сжигания ископаемого топлива, напротив, заметно снизились. В 2020 году Международная морская организация приняла правила, которые сократили содержание серы в топливе судов в семь раз, и по оценкам ученых это может добавить 0,16 градуса к глобальному потеплению.