Инверсионные следы самолетов к середине века утроят влияние на климат

Белые «хвосты», остающиеся за авиалайнерами на большой высоте, могут воздействовать на климат Земли, считают авторы нового исследования. По их прогнозам, к 2050 году это воздействие, связанное с парниковым эффектом, вырастет втрое даже при активной борьбе за экономичность двигателей. Инверсионный след влияет на климат за счет того, что он, по сути, представляет собой вытянутое облако и таким образом удерживает тепло в нижних слоях атмосферы. Основной вклад в этот эффект вносит обыкновенная вода в виде кристалликов льда и пара, а углекислый газ, с которым обычно связывают глобальное потепление, здесь оказывается второстепенным фактором.

Как пишут авторы нового исследования, сегодня вклад всех авиаперевозок в изменение климата оценивается на уровне около пяти процентов от общего вклада человечества. Это достаточно много для того, чтобы искать способы сделать авиацию чище и пытаться понять, как эта ситуация может поменяться в будущем.

У такой задачи множество неизвестных. Если ориентироваться на 2050 год как на не слишком далекое будущее, то за это время может измениться и количество рейсов в целом, и перечень наиболее загруженных направлений, и парк авиалайнеров вкупе с типом используемых двигателей. Еще одним фактором может стать появление новых видов топлива — оно может повлиять как на выбросы углекислого газа, так и на свойства инверсионного следа, ведь чем меньше в выхлопе двигателя частиц сажи, тем меньше кристаллов льда образуется в следе. Количество и размер этих частиц зависят как раз от типа топлива.

Опираясь на ранее сделанные прогнозы роста авиационного сообщения, ученые смоделировали несколько разных сценариев формирования инверсионных следов. В каждой модели они просчитали количество выхлопов от самолетов и естественную циркуляцию атмосферы, причем не в статичном состоянии, а в динамике. Вычислив состояние воздушной оболочки планеты в заданный момент времени, модель отталкивалась от полученных данных и пересчитывала все заново, давая ответ на вопрос о том, как все поменяется спустя четверть часа. Ученые наблюдали за виртуальной атмосферой на протяжении пяти виртуальных лет, а потом переходили к модели с иными начальными условиями.

Результаты моделирования указали на то, что при увеличении авиаперевозок в 4,16 раза (это использованный авторами нового исследования прогноз Федерального управления гражданской авиации США) вклад самолетов в климат за счет инверсионных следов будет выражаться показателем 159 милливатт на квадратный метр. Это значит, что к той солнечной энергии, которую сегодня получает поверхность планеты — в среднем это 341 Вт/м², нужно прибавить еще в среднем по 159 милливатт на каждый квадратный метр. При этом важно отметить, что до атмосферы от Солнца доходит в среднем 1367 Вт/м², но три четверти этой энергии не доходит до Земли именно благодаря атмосфере.

Если учесть еще и изменение климатических условий в силу иных факторов, то цифры немного меняются: вклад самолетов вырастает до 160 мВт/м². С учетом неизбежной погрешности в прогнозировании воздушного движения к 2050 году такой разницей можно пренебречь, а вот учет возможной экономии топлива и сокращения числа частиц сажи дает весьма ощутимое сокращение со 160 до 137 мВт/м². Что, впрочем, все равно гораздо выше моделирования, призванного оценить влияние авиации в 2006 году — в этом сценарии ученые получили всего 49 мВт/м². Моделировать этот сценарий исследователям пришлось потому, что прямые измерения были невозможны. Метеорологам хорошо известно и то, как менялась среднегодовая температура, и как росла концентрация углекислого газа в 2006 году, но выделить из этого эффект авиаперевозок просто так нельзя.

К озвученным цифрам также надо прибавить влияние углекислого газа, источником которого служат те же авиалайнеры (выше учитывалось только влияние инверсионных следов, состоящих преимущественно из водяного пара и кристалликов льда). В 2006 году углекислый газ от самолетов давал 24 мВт/м², а в 2050-м этот показатель может увеличиться от 58 до 85 мВт/м², то есть в сумме речь идет о значениях 245 мВт/м² или 195 мВт/м² (в оптимистичном) прогнозе против имевших место в 2006 году 73 мВт/м².

Изменение энергетического баланса планеты на уровне в несколько десятых ватт на квадратный метр заметно уступает величине постоянных колебаний солнечной радиации. Высокая солнечная активность добавляет на уровне орбиты Земли около ватта на метр, а эллиптичность орбиты вовсе дает колебания в сто ватт на метр.

Однако даже небольшой постоянный вклад в энергетический баланс может существенно поменять картину на фоне больших по величине, но переменных и разнонаправленных факторов. Выбросы углекислого газа в целом дают около 1,6 Вт/м² (1600 мВт/м²), однако это уже привело к увеличению средней температуры на один градус Цельсия. Вклад самолетов, таким образом, оказывается не столь уж мал: к 2050 году он составит больше одной десятой от всего нынешнего человеческого влияния на климат.