Если вы когда-нибудь смотрели на преимущественно голубое небо и видели прямые белые линии, пересекающие горизонт, или наблюдали, как самолёт выпускает шлейф, пролетая над вами, то, возможно, задавались вопросом: «Что это такое?» Конденсационные следы, или просто «контрэйлы», — это не просто выхлопные газы, как те, что вы видите из выхлопной трубы автомобиля (хотя они похожи). И нет, это определённо не «химические следы».
На самом деле это замёрзший водяной пар, кристаллизовавшийся на частицах сажи, которые являются стандартными побочными продуктами работы реактивного двигателя. Вкратце, «контур следа — это искусственное облако», — говорит Стивен Барретт, профессор инженерии в Кембриджском университете, изучающий воздействие авиации на окружающую среду. «Они очень похожи на естественные перистые облака, за исключением того, что изначально они длинные и прямые», — рассказывает он в интервью Popular Science. И хотя теории заговора о том, что самолёты распространяют химические вещества для контроля над сознанием, не соответствуют действительности, инверсионные следы оказывают негативное воздействие на планету.
Как образуются инверсионные следы?
Несмотря на то, что они такие же простые, как водяной пар и пыль, инверсионные следы не всегда образуются или остаются в кильватере самолета. Атмосферные условия должны быть подходящими для кристаллизации водяных паров: достаточно влажными, чтобы вода не испарялась, и достаточно прохладными, чтобы она замерзала. “Достаточно холодный или влажный воздух называется перенасыщенным льдом”, - говорит Барретт.
По сравнению с другими высотами атмосферы, перенасыщение льдом является относительно обычным явлением на стандартной крейсерской высоте коммерческих реактивных самолетов (около 35 000 футов). Тем не менее, добавляет он, это происходит лишь в 5-10 процентах случаев.
Продолжительность существования инверсионного следа, или его «стойкость», также зависит от условий. Более тёплый и сухой воздух часто означает, что след рассеивается за несколько секунд или минут, но при правильном сочетании холода и влажности инверсионный след может сохраняться до шести часов, простираясь по всему небу, объясняет Баррет.
Поскольку инверсионные следы тесно связаны с температурой и влажностью воздуха, они различаются в зависимости от сезона и региона, говорит Марк Штеттлер, профессор транспорта и окружающей среды в Имперском колледже Лондона. Штеттлер отмечает, что во многих местах их чаще можно увидеть весной и осенью.
Опасны ли инверсионные следы?
Вроде того – но не в прямом смысле для здоровья человека и, вероятно, не так, как вы ожидаете. Растущий объем научных исследований, включая исследования, проведенные как Барреттом, так и Стеттлером, указывают на то, что инверсионные следы в совокупности оказывают эффект потепления, способствуя антропогенному изменению климата.
Конечно, авиаперелёты способствуют изменению климата, потому что самолёты сжигают ископаемое топливо и выбрасывают в атмосферу углекислый газ. Но тепловой эффект от инверсионных следов — это отдельное явление, не связанное с выбросами парниковых газов авиацией. И это удивительно сильное воздействие.
“Инверсионные следы от авиации вызывают примерно такое же потепление, как и весь выбросы CO2 от авиации”, – говорит Барретт, - с одним ключевым отличием. Выбросы углекислого газа в результате полетов накапливаются в течение десятилетий, в то время как инверсионный след носит временный характер – рассеивается всего через несколько часов. “Таким образом, это означает, что последние шесть часов инверсионных следов вызывают примерно такое же потепление, как последние 60 лет выбросы [авиационного] CO2. Это довольно сильный рычаг”, - говорит он.
Другими словами, Стеттлер объясняет, что инверсионные следы составляют примерно два процента всего антропогенного потепления в любой данный год – сюда входит все, от автомобильных выбросов до сельского хозяйства и отопления наших домов. Два процента могут показаться незначительными, но, по оценкам некоторых источников, объем коммерческих авиаперевозок увеличится в 2,5 раза в течение следующих 30 лет, а когда на кону Земля, все имеет значение.
Как инверсионные следы согревают климат?
Поскольку инверсионные следы, как и другие облака, ярко-белые и изолирующие, они отражают свет и тепло, а также задерживают их. В солнечный день инверсионный след выполняет две функции одновременно. Это “действует как одеяло”, предотвращая утечку тепла, излучаемого с поверхности Земли, в космос, говорит Барретт, – это эффект согревания. Одновременно он также отражает солнечный свет из космоса вдали от поверхности Земли, создавая эффект охлаждения. К сожалению, даже когда светит солнце, как правило, эффект покрытия перевешивает эффект отражателя, говорит Барретт.
А когда солнце садится, никаких споров не возникает. Ночью нет космических лучей, которые могли бы отражать инверсионные следы, только тепло, которое они удерживают. Хотя инверсионные следы недолговечны, тепло, которое они отражают обратно на поверхность нашей планеты, не исчезает чудесным образом, как только исчезает первоначальное препятствие. Кроме того, в небе одновременно находится так много самолётов, что при подходящих условиях, вероятно, уже есть другой инверсионный след, который заменит тот, что рассеялся.
Как мы можем это решить?
Области, перенасыщенные льдом, могут представлять собой очень широкие полосы в атмосфере, но часто они очень тонкие, говорит Барретт, – это означает, что пилоты могут избегать их, пролетая немного выше или ниже, где условия подходят для инверсионных следов. Во многих случаях может потребоваться регулировка всего на 1000 или около того футов, “довольно небольшая по сравнению с крейсерскими высотами”, добавляет он. Другими словами, незначительное изменение маршрутов полетов может иметь большое значение.
В настоящее время мы не очень хорошо умеем прогнозировать атмосферные условия на высоте , говорит Штеттлер. «Для этого не так много данных, и это не было приоритетом для метеорологов», — объясняет он. Но исследователи работают над тем, чтобы улучшить нашу способность прогнозировать атмосферные условия и соответствующим образом планировать полёты. Барретт говорит, что пока можно просто реагировать на условия в режиме реального времени, как это делают пилоты для минимизации турбулентности, и корректировать высоту, как только становится заметен инверсионный след.
Уже были проведены небольшие испытания для прогнозирования, в том числе с участием Google, Breakthrough Energy и нескольких авиакомпаний. Но для лучшего понимания того, как лучше всего бороться с инверсионными следами, необходимы более масштабные испытания, отмечает Барретт. «Это действительно следующая задача — скажем, всё воздушное пространство Шотландии или большая часть маршрутов над Атлантикой — вот куда нам нужно двигаться дальше».
Тем не менее, даже если мы возьмём смоговые шлейфы под контроль, авиационной отрасли всё равно нужно будет сделать больше, отмечает Штеттлер. «Снижение воздействия смоговых шлейфов не должно заменять или подменять собой меры по сокращению выбросов CO2 авиацией», — говорит он. В конце концов, если все смоговые шлейфы исчезнут в один миг, нам всё равно придётся беспокоиться о продолжающихся десятилетиями выбросах.