Журнал Science Advances опубликовал результаты исследований политехников об источниках выбросов «черного углерода» в Арктике

| 14646

В журнале Science Advances (IF: 11,5) — в одном из самых престижных мировых научных журналов — вышла ключевая статья, посвященная изучению источников выброса в атмосферу так называемого «черного углерода» в Арктике. В этой работе Россия представлена четырьмя сотрудниками Международной научно-образовательной лаборатории углерода арктических морей Томского политеха. Организатор и научный руководитель лаборатории, профессор, член-корреспондент РАН Игорь Семилетов рассказал о значении этой публикации.

— Игорь Петрович, почему эта работа настолько важна, что была опубликована в одном из самых престижных мировых научных журналов?

— В статье «Source apportionment of circum-Arctic atmospheric black carbon from isotopes and modeling», опубликованной в последнем выпуске журнала Science Advances, впервые представлен анализ мощности источников аэрозолей сажи или черного углерода (black carbon, BC) в атмосферу всей Арктике в различные сезоны. Авторы статьи — ученые их семи стран, включая Австрию, Нидерланды и пять ключевых арктических стран (Россия, США, Канада, Норвегия, Швеция) — участников Международного арктического научного комитета (МАНК).

Важность изучения загрязнения атмосферы ВС определяется климатическим и экологическим эффектом глобальной важности. В последние десятилетия стало известным, что выброс ВС в атмосферу оказывает три вида воздействия на климат: прямой эффект, снижение отражающей способности снега (альбедо) и загрязнение облаков. Прямой эффект заключается в том, что, поглощая солнечную радиацию во всех длинах волн, ВС способствует прогреву атмосферы. ВС, загрязняющий снег и лед, затемняет поверхность, снижает отражающую способность и таким образом увеличивает поглощение и таяние. Кроме того, ВС взаимодействует с облаками, что оказывает влияние на их развитие, стабильность, количество осадков и отражающую способность (альбедо). Эти воздействия делают Арктику особенно уязвимой частью нашей планеты. Кроме того, ВС оказывает отрицательное влияние на здоровье людей, экосистемы и атмосферную видимость. Кратковременное и долговременное воздействие аэрозолей ВС приводит к возникновению респираторных и кардиоваскулярных заболеваний, а также к преждевременной смерти населения. Поэтому изучение процессов миграции ВС включено в ряд приоритетных исследований в науках о Земле наряду с изучением процессов, ответственных за атмосферную эмиссии парниковых газов.

В представленной работе на основе комплексного элементного и изотопного анализа ВС, известных характеристик основных источников и наиболее современных реализаций транспортных моделей циркуляции атмосферы был выявлен сезонный вклад различных районов Арктики в выбросы ВС. Оказалось, что основным зимним источником является сжигание ископаемого топлива, а летом сжигание биомассы (лесные пожары и др.), при том что сжигание биомассы определяет около половины (39±10%) всей годовой эмиссии ВС в атмосферу.

Полученные результаты крайне важны для инвентаризации источников ВС и их сезонного хода, что является необходимым условиям для выработки превентивных мер на уровне МАНК, председателем которого Россия будет, начиная с 2024 года.

— Какое место исследования ВС занимают в вашей лаборатории, которая специализируется на изучении мощности источников основных парниковых газов, двуокиси углерода и метана в морях Северного Ледовитого океана.

— В процессе комплекса исследований характерных особенностей миграции углерода, выполненного нашей лабораторией в период 2014-2018гг. в арктической системе «суша-шельф-атмосфера», нами совместно с партнерами из Стокгольмского университета был получен неожиданный результат. Оказалось, что в состав эрозионного наземного органического вещества (ОВ), поступающего на шельф морей Восточной Арктики, включено примерно 5-10% ВС, накопленного на протяжении последних десятков тысяч лет в береговом арктическом ледовом комплексе, который разрушается высокими темпами, что проявляется в перемещении гигантского количества наземного ОВ в Северный Ледовитый океан. Поэтому было решено включить исследования ВС в стратегию работы лаборатории. На сегодня в научной копилке Лаборатории эта статья является третьей, посвященной вопросам изучения ВС в Арктике, после публикации в мировых топ-журналах:Proceedings of the Natural Academy of Sciences (PNAS) и Global Biogeochemical Cycles. Интегральный кумулятивный импакт-фактор этих публикаций (сумма импакт фактора журналов, в которых опубликованы статьи) составляет около 30, что составляет примерно 10% от общего интегрального кумулятивного импакт-фактора публикаций лаборатории, посвященных выявлению механизма деградации подводной и прибрежной мерзлоты, который приводит к вовлечению в современный биогеохимический цикл гигантского количества древнего ОВ, ранее законсервированного в мерзлоте, и в конечном итоге к значительной эмиссии метана и двуокиси углерода в атмосферу Арктики. Отметим, что авторским коллективом лаборатории только за последние пять лет опубликовано более 70 статей в первом квартиле, включая шесть статей в группе журналов Nature (в половине статей сотрудники лаборатории являются первыми авторами).

— Как вы оцениваете перспективы развития лаборатории в ближайшие годы, какие новые направления исследований планируются?

— Наша лаборатория была создана в ТПУ в 2014 году в рамках программы мегагрантов Правительства РФ, которая постоянно поддерживается Президентом РФ. За это время на научно-технологической платформе лаборатории удалось создать Международный сибирский арктический научный центр, который объединил ведущих специалистов по изучению Арктики из 14 университетов из шести стран (России, Швеции, Великобритании, США, Нидерландов, Италии), что усиливает лидерскую роль российских ученых в изучении Арктики. Однако пятилетний цикл финансирования по линии мегагрантов Минобрнауки закончился в декабре 2018 года.  

Надежда на сохранение мирового уровня исследований, проводимых лабораторией, основывается на предполагаемой в 2019 году поддержке по новой программе Российского научного фонда, которая была создана для продолжения исследований проводимых в успешных лабораториях мирового уровня в России. В случае успеха мы планируем развить совместные комплексные исследования (геологические, биогеохимические, геофизические, метеорологические) в мелководной и глубокой части арктических морей России с ведущими морскими центрами Технопарка МГУ, Центром морских исследований и центром МГУ-Геофизика, который летом 2019 года завершает на верфях России строительство малотоннажного многоцелевого научно-исследовательского судна. Наши зарубежные партнеры уже проявили большой интерес к сотрудничеству в этом направлении. Более подробно мы расскажем в следующем интервью.

Справка:

Авторы статьи

P. Winiger1, †,*, T. E. Barrett2, R. J. Sheesley3, L. Huang4, S. Sharma4, L. A. Barrie5, K. E. Yttri6, N. Evangeliou6, S. Eckhardt6, A. Stohl6, Z. Klimont7, C. Heyes7, I. P. Semiletov8,9,10, O. V. Dudarev8,10, A. Charkin8,10, N. Shakhova9,10, H. Holmstrand1, A. Andersson1 and Ö. Gustafsson1,* 

Affiliations

1ACES - Department of Applied Environmental Science and the Bolin Centre for Climate Research, Stockholm University, Svante Arrhenius Väg 8, 10691, Stockholm, Sweden.

2The Institute of Ecological, Earth, and Environmental Sciences, Baylor University, Waco, TX, USA.

3Department of Environmental Science, Baylor University, Waco, Texas, USA.

4Climate Research Division, Atmospheric Science and Technology Directorate, Environment and Climate Change Canada, 4905 Dufferin Street, Toronto, ON M3H 5T4, Canada.

5Department of Geosciences and the Bolin Centre for Climate Research, Stockholm University, Svante Arrhenius Väg 8, 10691, Stockholm, Sweden.

6NILU - Norwegian Institute for Air Research, Instituttveien 18, 2027, Kjeller, Norway.

7IIASA - International Institute for Applied Systems Analysis, Schlossplatz 1, 2361 Laxenburg, Austria.

8Pacific Oceanological Institute, Russian Academy of Sciences, 43 Baltiyskaya street, 690041 Vladivostok, Russia.

9International Arctic Research Center, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, 930 Koyukuk International Arctic Research Center, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, 930 Koyukuk Drive, 99775 AK, USA.

10Tomsk National Research Polytechnic University, 43 A Lenina Ave., 634034 Tomsk, Russia.

Present address: Department of Earth Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam, 1081 HV Amsterdam, Netherlands