Ученые удивлены, потому что извержение огромного вулкана помогло нам очистить воздух

Как вулканический взрыв помог планете?

Извержение вулкана является одним из самых разрушительных явлений, на которые способна наша планета. Огромные облака пепла и газа вырываются в атмосферу, а раскаленная лава уничтожает все на своем пути. Однако вулканы могут быть и созидательной силой: они создают плодородные земли, формируют новые острова и обеспечивают круговорот химических веществ между земной корой и атмосферой. Недавно ученые зафиксировали ранее невиданное явление, которое может в корне изменить наше понимание атмосферной химии, пишет SciTechDaily.

Смотрите также В Карпатах есть вулкан, который может проснуться: его извержения всколыхнули всю Европу

Во время взрывного извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в южной части Тихого океана в январе 2022 года спутники зафиксировали необычную концентрацию формальдегида. Это стало прямым доказательством того, что метан, который выбрасывается вулканом, начал быстро разрушаться непосредственно в огромном шлейфе пепла и газа.

Известно, что вулканы выбрасывают метан во время извержений, но до сих пор не было известно, что вулканический пепел также способен частично очищать это загрязнение, 
– прокомментировал специалист по атмосфере Маартен ван Херпен из компании Acacia Impact Innovation BV в Нидерландах.

Метан является естественным компонентом нашей атмосферы, который удерживает тепло и помогает поддерживать жизнь на Земле, но его избыток усиливает парниковый эффект до опасного уровня. Этот газ отвечает примерно за треть глобального потепления, и в течение 20 лет он удерживает в 80 раз больше тепла, чем углекислый газ. Поскольку метан распадается в атмосфере относительно быстро – в течение примерно 10 лет – его сокращение может стать своеобразным "экстренным тормозом" для изменения климата.

Как вулкан убрал сам за собой?

Исследователи установили, что механизм разрушения метана активировался благодаря сочетанию солнечного света, вулканического пепла и соленой морской воды, которую вулкан выбросил высоко в стратосферу.

Процесс начинается, когда под действием света образуются высокореактивные радикалы хлора. Хлор имеет неспаренный электрон, который ищет, к чему присоединиться, и когда он сталкивается с метаном, то "отбирает" у него атом водорода, запуская цепную реакцию распада. Формальдегид является промежуточным звеном в этом процессе.

Когда мы проанализировали спутниковые снимки, мы были удивлены, увидев облако с рекордно высокой концентрацией формальдегида, 
– рассказал Маартен ван Херпен.

Ученым удалось отслеживать это облако в течение 10 дней на пути в Южную Америку. Поскольку формальдегид существует лишь несколько часов, это доказало, что процесс разрушения метана продолжался непрерывно более недели.

Развитие извержения / Фото Джошуа Стивенс/Обсерватория Земли NASA/NOAA/NESDIS.

По оценкам исследователей, вулкан ежедневно уничтожал около 900 метрических тонн метана с помощью окисления хлором. Хотя это лишь часть от общего выброса вулкана (который составил около 300 гигаграммов метана), сам факт возможности количественного измерения этого процесса является чрезвычайно важным, пишет ScienceAlert.

Профессор кафедры химии Копенгагенского университета Мэттью Джонсон отметил, что подобный механизм ранее наблюдали только в нижних слоях атмосферы под влиянием пустынной пыли Сахары и океанских брызг.

Что является новым – и совершенно неожиданным – так это то, что тот же механизм, видимо, происходит в вулканическом шлейфе высоко в стратосфере, где физические условия совсем другие, 
– подчеркнул профессор Мэттью Джонсон.

Результаты исследования, опубликованы в журнале Nature Communications, могут заставить ученых пересмотреть глобальное распространение метана. До сих пор влияние атмосферной пыли на удаление метана не учитывалось в расчетах.

Теперь мы знаем, что атмосферная пыль – например, от извержения вулкана – влияет на баланс метана, то есть на то, сколько метана добавляется в атмосферу и сколько удаляется, 
– добавил Джонсон.

Как это нам поможет в будущем?

Кроме теоретических знаний, открытие имеет практическое значение для будущих технологий очистки атмосферы.

Это очевидная идея для промышленности – попробовать воспроизвести это природное явление, но только если будет доказано, что это безопасно и эффективно, 
– подытожил Мэттью Джонсон.

Современные спутниковые инструменты, такие как TROPOMI на борту спутника Sentinel-5P Европейского космического агентства, позволяют точно фиксировать эти процессы, даже в сложных условиях высоких концентраций серы после извержений.

Докторка Изабель Де Смедт из Королевского бельгийского института космической аэрономии отметила, что правильная коррекция спутниковых данных была критически важной для подтверждения реальности увиденного сигнала.

Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай / Фото CSU/CIRA и JAXA/JMA

Вам также будет интересно узнать: что мы знаем об извержении Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай

15 января 2022 года подводный вулкан Hunga Tonga-Hunga Ha'apai в южной части Тихого океана вызвал одно из самых мощных извержений в современной истории человечества, напоминает 24 Канал. Взрыв произошел вблизи королевства Тонга и был настолько сильным, что ударную волну зафиксировали метеостанции по всей планете.

По разным оценкам, энергия взрыва достигала десятков мегатонн в тротиловом эквиваленте, а сам столб пепла, газов и водяного пара поднялся на высоту примерно 57 – 58 километров. Это сделало его самым высоким вулканическим шлейфом за всю спутниковую эпоху наблюдений, пишет NASA Science.

Вулкан был особенным из-за своего расположения. Его кальдера находилась под водой на относительно небольшой глубине. Когда магма резко начала контактировать с морской водой, произошло чрезвычайно мощное фреатомагматическое извержение – то есть взрыв, усиленный мгновенным испарением воды. Именно поэтому в атмосферу попало колоссальное количество водяного пара.

По оценкам NASA, в стратосферу выбросило примерно 146 тераграмм воды – это около 10% всего водяного пара, который обычно содержится в стратосфере Земли. Напомним, водяной пар является одним из самых мощных парниковых газов, поэтому уже тогда ученые говорили, что это извержение еще долго будет нагревать Землю.

Извержение вызвало цунами, которое распространилось через весь Тихий океан. Волны зафиксировали у побережья Японии, США, Перу и Чили. В самом Тонга пепел покрыл острова, были повреждены системы водоснабжения, электросети и подводный интернет-кабель, из-за чего страна фактически потеряла связь с миром. Ударная волна несколько раз обогнула Землю, а атмосферные возмущения добрались даже космоса и повлияли на спутники на орбите, писало издание WIRED.

Ученые всего мира взялись за изучение

После катастрофы вулкан стал одним из важнейших объектов для климатологов, геофизиков и атмосферных исследователей. В последующие годы ученые активно анализировали спутниковые данные, моделировали последствия и пытались понять, как именно извержение повлияло на атмосферу Земли.

Одним из главных открытий стало то, что это извержение вело себя не так, как большинство крупных вулканических катастроф. Обычно мощные вулканы охлаждают планету, выбрасывая в атмосферу много диоксида серы, который формирует аэрозоли и отражает солнечный свет. Но Хунга-Тонга выбросил относительно мало диоксида серы и очень много водяного пара. Поэтому часть климатических моделей показала потенциальный эффект временного потепления, а не охлаждения, как отмечали ученые в журнале Nature в ноябре 2022 года.

Исследователи также обнаружили, что водяной пар от извержения будет оставаться в стратосфере годами. Он изменил температурный баланс атмосферы, повлиял на циркуляцию воздуха и даже на озоновый слой. NASA сообщало об изменениях температур в стратосфере: в некоторых регионах наблюдалось потепление примерно на 1 градус Цельсия, а в других – наоборот охлаждение до 3 градусов Цельсия.

Роль метана в глобальном потеплении: почему он хуже углекислого газа

Метан играет критически важную роль в глобальном потеплении, напоминает 24 Канал. Это парниковый газ, который удерживает тепловое излучение Земли в атмосфере. Принцип действия похож на работу стекла в теплице: солнечный свет проходит к поверхности планеты, Земля нагревается и излучает тепло обратно в космос, но парниковые газы задерживают часть этого тепла.

Основным парниковым газом в атмосфере является углекислый газ, но метан значительно эффективнее в задерживании тепла. В течение примерно 20 лет после выброса одна тонна метана нагревает планету в десятки раз сильнее, чем одна тонна углекислого газа. Именно поэтому метан считают особенно опасным для краткосрочного ускорения глобального потепления.

Главная проблема метана заключается в том, что его концентрация в атмосфере быстро растет из-за деятельности человека. Основными источниками являются добыча нефти и газа, утечки из трубопроводов, угольные шахты, свалки и сельское хозяйство, особенно крупный рогатый скот. Метан также выделяется из болот и вечной мерзлоты, которая начинает таять из-за изменения климата.

В отличие от углекислого газа, который может оставаться в атмосфере сотни лет, метан "живет" меньше – примерно десятилетие. Но за этот короткий период он значительно агрессивнее влияет на климат. Именно поэтому сокращение выбросов метана считается одним из самых быстрых способов замедлить глобальное потепление в ближайшие десятилетия.