Мало кто задумывается, что грозы влекут ощутимые экологические последствия — как положительные, так и отрицательные. Ученые из Мэрилендского университета впервые отследили их в режиме реального времени.
В этом им помог спутник НАСА TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution). Запущенный в 2023 году, он каждый час измеряет загрязнения воздуха над Северной Америкой с высоты 35 000 км. Профессор атмосферных и океанических исследований Кеннет Пикеринг и старший научный сотрудник Дейл Аллен воспользовались расширенными возможностями аппарата, чтобы снимать показания с интервалом 10 минут, что позволило изучать сложные процессы непосредственно в воздухе, а не восстанавливать картину постфактум.
«Впервые подобные измерения проведены с такой временной частотой, — похвалился Пикеринг. — Грозы развиваются быстро. Часто они формируются, усиливаются и затухают в течение часа. Эти короткие интервалы наблюдений дают нам более точное представление о том, что на самом деле происходит во время грозы».
Новаторский эксперимент проводился в конце июня.
«С помощью этого эксперимента можно подсчитать количество молний по мере их возникновения, используя данные Геостационарного картографа молний NOAA, и получить более точное представление о том, сколько диоксида азота производит каждая молния во время грозы и как долго он сохраняется после этого, — добавил Аллен. — Эта информация поможет улучшить существующие климатические модели и углубить понимание влияния гроз на воздух, которым мы дышим».
Молния и ее последствия
При ударе молнии возникают экстремально высокие температуры, которые разрывают молекулы азота и кислорода воздуха. Это приводит к образованию оксидов азота — таких же загрязнителей, как те, что выбрасываются автомобилями или другими источниками сгорания топлива и способствуют образованию озона.
«На глобальном уровне молнии производят до 10–15% от общего количества оксидов азота, выбрасываемых в атмосферу, — уточнил Пикеринг. — Загрязнение от человеческой деятельности гораздо сильнее, но важно учитывать, что молнии высвобождают окислы азота на гораздо больших высотах, где они могут эффективнее катализировать образование озона».
Загрязнение от молний и образовавшийся в результате озон могут иногда переноситься к поверхности, влияя на качество воздуха за сотни километров от первоначальной грозы. По словам Аллена, этот эффект усугубляется летом, когда температуры выше, а скорость выработки озона больше.
«Влияние молний на климат в летний сезон сравнимо с антропогенными оксидами азота, поэтому мы и хотели изучать грозы в июне», — пояснил Аллен.
Но молнии не только создают загрязнения — они также запускают образование гидроксильных радикалов, которые помогают очищать атмосферу Земли, разрушая метан — мощный парниковый газ. Изучение молний помогло разобраться в этой цепочке реакций, благодаря чему исследователи составили карту атмосферного состава и сложной молекулярной динамики, происходящих во время гроз.
«Из предыдущих исследований мы знаем, что каждая вспышка молнии создает в среднем около 250 молей оксидов азота в небе», — сказал Аллен.
Брать эту величину за основу расчетов нельзя, так как выбросы от отдельных вспышек различаются по меньшей мере на порядок.
«Мы считаем, что по мере усиления гроз молнии становятся короче и производят меньше оксида азота на вспышку. Это исследование даст нам возможность доказать это. Оценка изменения влияния молний в мире усиливающихся погодных явлений крайне важна для формирования климатических моделей будущего», подчеркнул ученый.
Экстремальные погодные явления и прогнозирование качества воздуха
Эксперимент с TEMPO будет иметь реальные практические последствия для повседневной жизни. Газы, производимые молниями, могут перемещаться по длинным «конвейерным лентам движущегося воздуха» и влиять на качество воздуха далеко от места возникновения штормов, отметил Аллен. Иногда молнии также способствуют образованию приземного озона, основного компонента смога, который провоцирует астму и другие проблемы с дыханием.
«Для людей, живущих в горных районах, таких как Колорадо, эта информация может быть очень важна, поскольку молнии вносят значительный вклад в образование озона у поверхности на больших высотах», — сказал Пикеринг.
Пикеринг и Аллен все еще анализируют свои первые данные с TEMPO. Но они уверены, что эксперимент поможет наконец четко оценить, какая часть загрязняющих газов в атмосфере Земли связана с деятельностью человека, а какая — с естественными процессами.
«Мы хотим использовать эти высокочастотные данные, чтобы сузить основные неопределенности в наших текущих климатических моделях. Чем лучше данные, тем точнее прогнозы — и, возможно, тем эффективнее способы защитить наше здоровье и окружающую среду как от природного, так и от антропогенного загрязнения», — подытожил Аллен.
