Завтрак для альбатроса
С того времени как Поль Жан Кулье и Джон Айткен продемонстрировали роль аэрозолей в образовании облаков, исследователи без конца подсчитывают содержание различных твердых и жидких веществ в воздухе. Для врачей, а в особенности для их пациентов, страдающих от легочных болезней, токсическое загрязнение воздуха — насущная проблема. Да и у климатологов не меньше причин интересоваться «точками», распыленными в воздухе, поскольку даже если они не участвуют в облакообразовании, эти «точки» тем не менее перехватывают часть солнечного тепла. Лазерные лучи, самолеты и аэростаты, спутники — все они помогают ученым нарисовать более полную картину.
Свой ощутимый вклад в загрязнение воздуха вносит и сама природа. Во-первых, это пыль, поднимаемая ветром с сухой почвы, пустынь и пляжей. Возделывая землю в полупустынных и подверженных частым засухам районах, человек также помогает пополнить запасы пыли в атмосфере. Иногда это приводит к катастрофам, какая, например, случилась в Пыльном котле на Среднем Западе США во время продолжительной засухи тридцатых годов. Подобное часто происходит в Африке и Азии. Когда мир переживал период глобального похолодания в 1960-е, некоторые метеорологи, нашедшие виновника в сельскохозяйственной пыли, назвали этот феномен «человеческим вулканом».
То же касается и сажи, остающейся после лесных и травяных пожаров. Часто причинами возгорания становятся природные явления, например, молнии или вулканы. Но выжигание лесов, травы и сжигание растительного мусора — это обычная практика землеустройства с доисторических времен. И сегодня в сухие сезоны в Южной Азии мы можем видеть, как коричневый дым от сожженных растений и угля тянется от Арабского моря к Бенгальскому заливу.
Метеоритная пыль, занесенная из космоса, также пополняет компанию крошечных частичек, плавающих в воздухе. А еще, оказывается, пыльца, вызывающая аллергию, бактерии и грибные споры в большом количестве забираются на удивление высоко. В нескончаемой череде химических реакций, происходящих в воздухе, участвуют различные элементы и соединения, и эти реакции также порождают бесчисленное множество «точек». Дымка над хвойным лесом, которую вы можете видеть в солнечный день, появляется благодаря тому, что деревья выделяют летучие углеводороды — терпены. Солнечный свет превращает их в некое подобие смога, аналогичного тому, что отравляет большие города, только в городах «работают» уже не хвойные деревья, а автомобили, в выхлопах которых тоже присутствуют углеводороды.
Вулканы извергают клубы пепла, который довольно быстро оседает на землю, сернистый газ, порождающий крохотные капли серной кислоты, а также другие «точки». Большая часть серы, выброшенной вулканами, стремительно уходит в стратосферу и некоторое время остается выше того уровня, где обычно происходит образование облаков, но вскоре движение серосодержащих молекул замедляется, и они начинают опускаться, распространяясь по всему миру. Страшный красный закат на картине «Крик» Эдварда Мунка был откликом художника на извержение вулкана Кракатау. Это извержение произошло в Индонезии в 1883 году и было столь мощным, что вулканические выбросы достигли даже норвежского неба.
Большое вулканическое облако может охладить мир на несколько лет, так как пепел не пропускает солнечные лучи к поверхности и Солнце нагревает стратосферу. В 1991 году взорвался вулкан Пинатубо на Филиппинах. Исследования, проведенные с помощью лазеров, показали, что после извержения обратное рассеяние света от стратосферы увеличилось в сто раз. Уровень обратного рассеяния снижался очень медленно и вернулся к норме лишь в 1996 году. Ученые полагают, что количество серы, выброшенной тогда в стратосферу, составило около десяти миллионов тонн.
Океаны в этом отношении действуют как огромные безостановочные водяные вулканы. Они выделяют в нижние слои атмосферы большое количество серы в виде паров диметилсульфида — простого соединения из двух атомов углерода, шести атомов водорода и одного атома серы. Испускание серы морской водой в открытом океане, вдали от берегов, впервые обнаружил английский химик Джеймс Лавлок в начале 1970-х. На самом деле источник серы — не вода, а планктон, плавающий на поверхности моря, — микроорганизмы с экзотическими названиями вроде динофлагеллят и примнезиофитов. Зоопланктон кормится фитопланктоном, мембраны клеток микроорганизмов — протозоа и водорослей — при этом разрушаются, на клетки набрасываются бактерии, которые разлагают их содержимое, и высвобожденный диметилсульфид попадает в воздух.
Пары диметилсульфида обладают определенным ароматом — наше обоняние воспринимает его как запах морских водорослей, выкинутых волной на берег, или отваренных початков кукурузы. Для многих птиц, живущих далеко от земли, например, для качурок, запах диметилсульфида означает возможность подкрепиться. Стоит им почуять его, и они устремляются по ароматному следу к самым богатым пищей местам. Запах со временем слабеет, так как под воздействием солнечных лучей происходят химические реакции, превращающие диметилсульфид в капельки серной кислоты.
Похожий механизм действует при создании капелек азотной кислоты. В воздухе всегда много окислов азота. Они образуются либо во время грозы, когда молнии раскалывают небо, либо в процессе жизнедеятельности бактерий, обитающих в почве. Еще одно соединение, в которое входит азот, — это аммиак: конечный продукт некоторых обменных процессов в животных организмах. Аммиак с удовольствием объединяется с серной кислотой, чтобы произвести на свет крохотные капельки — говоря по-нашему, «точки» — сульфата аммония.
Запасы надо пополнять
Если вас смутило разнообразие «точек», кружащих в воздухе, то вы просто спросите, какие из них наиболее эффективны и важны с точки зрения изменений климата. Пыль, поднимаемая ветром, безусловно, влияет на климат, так как не пропускает солнечный свет. Но ее частички слишком большие, чтобы стать ядрами облачной конденсации. Даже цветочная пыльца, включая тончайшую пыльцу красавицы-незабудки, великовата по размеру.
С другой стороны, в воздухе в изобилии присутствуют сверхмалые «точки» паров или газов, размером с наименьшую молекулу белка, то есть в несколько миллионных миллиметра. Они слишком крохотные и не могут участвовать в образовании облаков. Но если этим крохам удается скучковаться в более крупные «точки», размер которых составит около ста миллионных миллиметра (или 100 нанометров), — они станут идеальными ядрами облачной конденсации.
По всей планете капельки серной кислоты (для рождения которых требуется немного воды) — самый важный фактор образования облаков. В наши дни главный источник серы на всех континентах — сернистый ангидрид, образующийся в процессе промышленной деятельности человека — главным образом той деятельности, которая выражается в сжигании ископаемого топлива. Если учесть быстрый рост экономики в развивающихся странах, выбросы серы в атмосферу приближаются к отметке сто миллионов тонн в год. Однако выбросы сконцентрированы над промышленными районами, и, несмотря на то что ветер может разносить их на тысячи километров, этого явно недостаточно, чтобы «человеческий» сернистый ангидрид хоть как-то влиял на всю планету.
Над широкими просторами океанов, покрывающих больше половины планеты, образование облаков зависит в основном от серной кислоты, порождаемой диметилсульфидом. И хотя общее количество высвобождаемой океаном серы может быть вполовину меньше того, что выбрасывает в атмосферу человек, океанская сера участвует в формировании погоды на гораздо большей площади. Если вам нужно подобрать лучший в мире природный источник ядер облачной конденсации, то это, конечно, пахучие пары, выделяемые неприметными микроорганизмами пустынных морей.
