В сентябре 2020 года состоялась масштабная лётная экспедиция под руководством Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (Томск). Ученые занимались сбором аналитических данных для прогноза развития глобального потепления и его последствий.
Самолет-лаборатория и участники экспедиции
Цель участников экспедиции — поиск ответа на один из больших вызовов, которым является глобальное потепление, и как следствие — изменение климата нашей планеты. Ранее установлено, что температура воздуха в Арктике растет быстрее, чем в других районах земного шара, поэтому климатические изменения могут негативно повлиять на жизнь городов, работу предприятий, экономику региона. Например, таяние вечной мерзлоты нарушит целостность протяженных линейных объектов: газопроводов или нефтепроводов. Ученые понимают значимость и серьезность проблем и стараются всесторонне изучить существующее положение дел.
За две недели самолет-лаборатория облетел с запада на восток шесть морей: Баренцево, Карское, Лаптевых, Чукотское, Восточно-Сибирское и Берингово. Регулярные исследования состава атмосферы в Арктике ведутся на наземных пунктах наблюдений, с бортов научно-исследовательских судов и станций, расположенных на льдинах. Сентябрьская экспедиция отлична тем, что ученым удалось охватить широчайшую территорию и провести измерения на высотах от 200 метров до 10 километров. Заборы проб воздуха провели над сушей и морской поверхностью, зондирование атмосферы — на трех высотах: 500 м над сушей и 200 м над морем (пограничный слой), 5 км (свободная тропосфера) и 9—10 км (нижняя стратосфера). Полученные данные позволят понять, каким образом происходит распределение аэрозольных и газовых составляющих в арктической атмосфере.
Ученые отмечают, что с 2000 года поддержка проекта — первое серьезное вливание средств со стороны государства в исследовательские полеты подобного масштаба. Перед экспедицией проводилась серьезная подготовка. Главный организатор и участник полетов, ИОА СО РАН, приобрел целый ряд дорогостоящих приборов: газоанализатор, фотометр, инерциальную навигационную систему, которая работает с несколькими спутниковыми группировками. Приборы установили на самолет и провели испытания.
Подробнее об оснащении самолета-лаборатории и проведенных исследованиях рассказал научный сотрудник лаборатории климатологии атмосферного состава ИОА СО РАН и начальник наземного отряда лётной экспедиции Георгий Алексеевич Ивлев: «В составе оснащения самолета-лаборатории — газоаналитический и аэрозольный комплексы, с помощью которых мы получаем информацию о частицах аэрозоля и газовом составе атмосферы. Аэрозольный комплекс измеряет размер частиц от нанометров до десятка микрометров. С помощью газового оборудования уже в процессе измерения мы видели, что идет активный сток CO2 на поверхность суши и моря. Аппаратура метеорологического и навигационного комплексов измеряет давление, температуру, влажность, скорость и направление ветра на высоте проведения работ, определяет местоположение и пространственную ориентацию самолета. Кроме этого, происходил забор проб воздуха на разнообразные фильтры, данные с которых после экспедиции систематизировались и направлялись в лаборатории. В частности, сотрудники Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии “Вектор” исследовали биологическую составляющую воздуха — микроорганизмы. С 2000 года коллективы ИОА СО РАН и ГНЦ ВБ “Вектор” плодотворно сотрудничают и дружат. Биологи регулярно участвуют в полетах самолета-лаборатории. Ученые ИОА СО РАН и сотрудники Института химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН отбирали органические и неорганические пробы на фильтры. В дальнейшем в специализированных лабораториях определят углеводородный и ионно-элементный состав отобранного аэрозольного вещества. Все собранные в воздухе, обработанные и проанализированные на земле данные позволят изучить динамику воздушных масс в Арктике, понять, какие примеси привнесены в этот регион извне, а что имеет местное происхождение».
Работа внутри самолета-лаборатории
Сотрудники ИОА СО РАН в этой серии исследовательских полетов использовали также мобильный аэрозольно-рамановский поляризационный лидар (лазерный локатор) «ЛОЗА-А2», при создании которого применялись передовые конструктивные решения. Эксплуатация данной системы сразу предполагалась в корабельных и самолетных экспедициях, поэтому при ее разработке были заложены высокие требования на устойчивость к различным механическим нагрузкам, чтобы сохранять оптические юстировки при длительных транспортировках и работе в условиях тряски. К этой экспедиции лидар был модернизирован еще одним каналом регистрации, работающим на длине волны 680 нанометров, благодаря чему удалось исследовать флуоресценцию вод северных морей при зондировании с борта самолета. Над морями самолет пролетал на низкой высоте, 200 метров, что позволило исследовать как содержание гидрозоля в 20—30-метровой толще воды, так и за счет регистрации флуоресценции оценить содержание в воде биоты.
«Основная задача наших исследований — получить информацию об источниках загрязнений атмосферы в Арктике. Такими источниками, в частности, являются газово-нефтяные факелы, в которых сжигают попутные газы; источники сажевого аэрозоля — лесные пожары. Наши задачи — обнаружить источники загрязнений, проследить, как эти примеси распространяются, и оценить уровень загрязнения», — пояснил научный сотрудник группы оптического зондирования атмосферы ИОА СО РАН кандидат физико-математических наук Сергей Владимирович Насонов, который работал с лидаром на борту Ту-134 «Оптик».
Первые полученные в экспедиции результаты обозначил заместитель директора ИОА СО РАН, начальник лётной экспедиции доктор физико-математических наук Борис Денисович Белан: «Данные еще в обработке. Единственное, что очевидно, это активное поглощение углекислого газа водной поверхностью и повышенные концентрации метана в приводном слое воздуха над всеми морями Ледовитого океана и над Беринговым морем Тихого океана. В приземном слое атмосферы концентрация метана выше на 10—15 %, чем на больших высотах в тех же районах. Является ли метан продуктом деятельности океана или принесен с материка, предстоит выяснить в ближайшее время путем расчета обратных траекторий. Остальные газовые компоненты — на уровне фоновых значений».
Экспедиция поддержана проектом Минобрнауки России «Развитие измерительно-информационной системы уникальной научной установки “Самолет-лаборатория Ту-134 "Оптик"” и проведение комплексного эксперимента по исследованию состава тропосферы российского сектора Арктики» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы».
Татьяна Дымокурова, ИОА СО РАН
Фото предоставлены исследователями
