bugorwiki.info
на главную

Стратосферные аэрозоли серы

Аэрозоли стратосферной серы - это богатые серой частицы, которые существуют в стратосферной области земной атмосферы. Слой атмосферы, в котором они существуют, называется слоем Юнга или просто стратосферным аэрозольным слоем. Эти частицы состоят из смеси серной кислоты и воды. Они создаются естественным путем, например, путем фотохимического разложения серосодержащих газов, например, карбонилсульфида. Когда они присутствуют на высоких уровнях, например, после сильного извержения вулкана, такого как гора Пинатубо, они производят охлаждающий эффект, отражая солнечный свет и изменяя облака, выпадая из стратосферы. Это охлаждение может сохраняться в течение нескольких лет, прежде чем частицы выпадут.

Аэрозоль представляет собой суспензию мелких газообразных твердых частиц или капель жидкости в газе. Частицы сульфата или капли серной кислоты в атмосфере имеют диаметр от 0,1 до 1,0 микрометра (миллионная часть метра).

Серные аэрозоли распространены в тропосфере в результате загрязнения диоксидом серы при сжигании угля и в результате природных процессов. Вулканы являются основным источником частиц в стратосфере, поскольку сила извержения вулкана выталкивает серосодержащие газы в стратосферу. Относительное влияние вулканов на слой Юнге значительно варьируется в зависимости от количества и размеров извержений в любой данный период времени, а также количества высвобождаемых соединений серы. Только стратовулканы, содержащие в основном гранитные породы, ответственны за эти потоки, так как извержение базальтовых пород в щитовых вулканах не приводит к образованию плюмов, которые достигают стратосферы.

Создание аэрозолей стратосферной серы преднамеренно является предлагаемой геоинженерной техникой, которая предлагает возможное решение некоторых проблем, вызванных глобальным потеплением. Тем не менее, это не будет без побочных эффектов, и было высказано предположение, что лечение может быть хуже, чем болезнь.

Пинатубо извержения облаков. Этот вулкан выпустил огромное количество аэрозолей стратосферной серы и внес большой вклад в понимание предмета.

происхождения

Вулканическая "инъекция"

Природные аэрозоли серы образуются в огромных количествах из SO2, выбрасываемого вулканами, которые могут быть инжектированы непосредственно в стратосферу во время очень больших извержений (Индекс вулканической эксплозивности, VEI, 4 или более). Всесторонний анализ, касающийся в основном тропосферных соединений серы в атмосфере, предоставлен Bates et al.

В МГЭИК AR4 говорится, что взрывные вулканические явления носят эпизодический характер, но стратосферные аэрозоли, возникающие из-за них, вызывают существенные временные возмущения радиационного энергетического баланса планеты с коротковолновыми и длинноволновыми эффектами, чувствительными к микрофизическим характеристикам аэрозолей .

В периоды отсутствия вулканической активности (и, следовательно, прямого введения SO2 в стратосферу), окисление COS (карбонилсульфида) доминирует в производстве стратосферного аэрозоля серы.

Химия

Основная статья: Серный цикл

Химия стратосферных аэрозолей серы значительно варьируется в зависимости от их источника. Вулканические выбросы значительно различаются по составу и имеют сложную химию из-за присутствия частиц пепла и широкого спектра других элементов в шлейфе.

Химические реакции, влияющие как на образование, так и на удаление аэрозолей серы, до конца не изучены. Трудно точно оценить, например, является ли присутствие золы и водяных паров важным для образования аэрозоля из вулканических продуктов, и являются ли высокие или низкие концентрации в атмосфере химических веществ-прекурсоров (таких как SO2 и H2S) оптимальными для образования аэрозоля. Эта неопределенность затрудняет определение жизнеспособного подхода для геоинженерных применений образования аэрозоля серы.

Научные исследования

Стратосферные сульфаты от вулканических выбросов вызывают переходное охлаждение; фиолетовая линия, показывающая устойчивое охлаждение, происходит из тропосферного сульфата

Понимание этих аэрозолей в значительной степени основано на изучении вулканических извержений, особенно на горе Пинатубо на Филиппинах, которое произошло в 1991 году, когда научные методы были достаточно развиты для тщательного изучения последствий.

Образование аэрозолей и их влияние на атмосферу также могут быть изучены в лаборатории. Образцы реальных частиц могут быть извлечены из стратосферы с помощью воздушных шаров или самолетов.

Компьютерные модели могут использоваться для понимания поведения аэрозольных частиц и особенно полезны при моделировании их влияния на глобальный климат.

Биологические эксперименты в лаборатории и измерения в полевых условиях / в океане могут установить механизмы образования биологически полученных летучих сернистых газов.

Последствия

Было установлено, что выброс газов-прекурсоров для аэрозолей серы является основным механизмом, посредством которого вулканы вызывают эпизодическое глобальное похолодание. Межправительственная группа экспертов по изменению климата AR4 считает, что стратосферные сульфатные аэрозоли имеют низкий уровень научного понимания. Частицы аэрозоля образуют беловатую дымку в небе. Это создает глобальный эффект затемнения, при котором меньшая часть солнечного излучения способна достичь поверхности Земли. Это приводит к глобальному эффекту охлаждения. По сути, они действуют как обратный парниковый газ, который пропускает видимый свет от Солнца, в то же время блокируя инфракрасный свет, излучаемый поверхностью Земли и ее атмосферой. Частицы также напрямую излучают инфракрасную энергию, поскольку они теряют тепло в космосе.

Снижение солнечной радиации из-за извержений вулканов

Все аэрозоли поглощают и рассеивают солнечное и земное излучение. Это количественно в альбедо однократного рассеяния (SSA), отношение рассеяния в одиночку рассеяния плюс поглощения (экстинкции) излучения частицей. SSA стремится к единице, если преобладает рассеяние, с относительно небольшим поглощением и уменьшается с увеличением поглощения, становясь равным нулю для бесконечного поглощения. Например, аэрозоль с морской солью имеет SSA 1, поскольку частицы морской соли рассеиваются только, тогда как сажа имеет SSA 0,23, что свидетельствует о том, что он является основным поглотителем атмосферных аэрозолей.

Природные и антропогенные аэрозоли могут влиять на климат, изменяя способ передачи излучения через атмосферу. Прямые наблюдения за эффектами аэрозолей весьма ограничены, поэтому любая попытка оценить их глобальное воздействие обязательно включает использование компьютерных моделей. Межправительственная группа экспертов по изменению климата, МГЭИК, говорит: « Хотя радиационное воздействие, вызываемое парниковыми газами, может быть определено с достаточно высокой степенью точности ... неопределенности, связанные с аэрозольными радиационными воздействиями, остаются большими и зависят в значительной степени от оценки из глобальных модельных исследований, которые трудно проверить в настоящее время . Тем не менее, они в основном говорят о тропосферном аэрозоле.

Аэрозоли играют роль в разрушении озона из-за влияния химии поверхности. Разрушение озона в последние годы создало большие дыры в озоновом слое, сначала над Антарктикой, а затем над Арктикой. Эти дыры в озоновом слое могут расширяться, охватывая населенные и растительные районы планеты, что приводит к катастрофическому ущербу для окружающей среды.

Разрушение озона происходит главным образом в полярных регионах, но образование озона происходит главным образом в тропиках. Озон распространяется по всей планете по циркуляции Брюера-Добсона. Следовательно, источник и характер рассеивания аэрозолей имеют решающее значение для понимания их влияния на озоновый слой.

Тернер был вдохновлен драматическими закатами, вызванными вулканическими аэрозолями

Аэрозоли рассеивают свет, который влияет на вид неба и закатов. Изменение концентрации аэрозолей в атмосфере может резко повлиять на появление закатов. Изменение внешнего вида неба в 1816 году, «Год без лета» (приписывается извержению горы Тамбора), послужило вдохновением для картин Дж. М. У. Тернера. Дальнейшие извержения вулканов и геоинженерные проекты с участием аэрозолей серы могут существенно повлиять на появление закатов и создать дымку на небе.

Аэрозольные частицы в конечном итоге оседают из стратосферы на суше и в океане. В зависимости от объема нисходящих частиц, эффекты могут быть значительными для экосистем или могут не быть. Моделирование количества аэрозолей, используемых в вероятных геоинженерных сценариях, позволяет предположить, что воздействие осаждения на наземные экосистемы вряд ли будет значительно вредным.

Климатическая техника

Основные статьи: Управление солнечной радиацией и стратосферные сульфатные аэрозоли (геоинженерия)

Способность стратосферных аэрозолей серы создавать этот глобальный эффект затемнения сделала их возможным кандидатом для использования в проектах по инженерному климату для ограничения воздействия и воздействия изменения климата из-за повышения уровня парниковых газов. Была предложена поставка газов-прекурсоров, таких как H2S и SO2, артиллерией, самолетами и воздушными шарами.

Понимание этого предложенного метода частично основано на том факте, что это адаптация существующего атмосферного процесса. Таким образом, методика потенциально лучше понята, чем сопоставимые (но чисто умозрительные) предложения по климатическому проектированию. Это также частично основано на скорости действия любого такого развернутого решения, в отличие от проектов по улавливанию углерода, таких как улавливание воздуха углекислым газом, работа которого займет больше времени. Однако существуют пробелы в понимании этих процессов, например, влияние на стратосферный климат и характер осадков, и необходимы дальнейшие исследования.


просмотров: 30