Пингвиний «вклад» в климат: почему без их помёта Антарктиде пришлось бы туго

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Кто бы мог подумать, что забавные, неуклюжие на суше пингвины, эти символы Антарктиды, вносят свой, мягко говоря, специфический вклад в климатический баланс целого континента? И делают они это не героическими заплывами или отважной борьбой с хищниками, а… продуктами своей жизнедеятельности. Звучит как завязка для комедии? А вот и нет! Недавние исследования показывают, что пингвиний помёт, или гуано, играет неожиданно важную роль в формировании облаков над Антарктидой, тем самым помогая ей оставаться ледяным сердцем планеты. Удивительно, не правда ли?

А при чём тут облака?

Давайте разберёмся по порядку. Облака — это не просто белые барашки на небе. Это мощный климатический фактор. Светлые облака, особенно над тёмной поверхностью океана, эффективно отражают солнечное излучение обратно в космос, не давая ему нагревать Землю. Этот эффект называется альбедо. Чем больше таких облаков, тем прохладнее под ними.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Но для рождения облака нужна, так сказать, затравка. Водяной пар, которого в атмосфере предостаточно, сам по себе в капельки не соберётся. Ему нужны микроскопические частицы — ядра конденсации. В промышленных районах или над лесами таких частиц хватает: это и пыль, и сажа, и пыльца растений. А что делать в Антарктиде? Воздух там кристально чист, почти стерилен. Пыли мало, растительности — кот наплакал (точнее, пингвин).

Основными «поставщиками» ядер конденсации в этом регионе долгое время считались выбросы фитопланктона — микроскопических водорослей, обитающих в Южном океане. Эти крохи выделяют соединения серы, которые в атмосфере превращаются в сульфатные аэрозоли, те самые частички-затравки. Но, как оказалось, им нужен помощник.

A Карта, показывающая расположение измерительного контейнера по отношению к зданиям и сооружениям станции Марамбио. B Карта, показывающая соответствующие точки интереса для аммиака на острове Сеймур. C Роза ветров, показывающая коэффициенты смешивания аммиака от 0,01 до 1 ppb в зависимости от направления и скорости ветра. Обратите внимание, что ось коэффициента смешивания увеличена до максимума в 1 ppb, чтобы показать дополнительные детали в нижнем диапазоне коэффициентов смешивания. D Частота наблюдаемых коэффициентов смешивания NH3.
A Карта, показывающая расположение измерительного контейнера по отношению к зданиям и сооружениям станции Марамбио. B Карта, показывающая соответствующие точки интереса для аммиака на острове Сеймур. C Роза ветров, показывающая коэффициенты смешивания аммиака от 0,01 до 1 ppb в зависимости от направления и скорости ветра. Обратите внимание, что ось коэффициента смешивания увеличена до максимума в 1 ppb, чтобы показать дополнительные детали в нижнем диапазоне коэффициентов смешивания. D Частота наблюдаемых коэффициентов смешивания NH3.
Автор: Boyer, M., Quéléver, L., Brasseur, Z. et al. Источник: www.nature.com
Аммиачный ускоритель из… ну, вы поняли

И тут на сцену выходят пингвины. Вернее, их помёт. Огромные колонии этих птиц, насчитывающие десятки, а то и сотни тысяч особей, — это, по сути, гигантские фабрики по производству гуано. А гуано, помимо прочего, богато аммиаком. «Они ужасно пахнут, — без обиняков заявляет Мэттью Бойер из Хельсинкского университета, один из авторов исследования. — Грязные птички». Но именно этот, мягко говоря, не самый приятный аромат и привлёк внимание учёных.

Исследователи предположили, что аммиак, испаряющийся с гор помёта, может существенно влиять на атмосферные процессы. Чтобы проверить гипотезу, команда Бойера отправилась на Антарктический полуостров, к 60-тысячной колонии пингвинов Адели. Там они установили оборудование для анализа состава воздуха в нескольких километрах от колонии, по направлению преобладающих ветров.

Результаты не заставили себя ждать. Когда ветер дул со стороны пингвиньего «мегаполиса», концентрация аммиака в воздухе резко возрастала. И что самое интересное — одновременно с этим увеличивалось и количество аэрозольных частиц, достаточно крупных, чтобы стать теми самыми ядрами конденсации для облаков. Этот эффект, кстати, сохранялся неделями даже после того, как пингвины покидали свои гнездовья.

A Измеренные скорости образования отрицательных ионов, J1.7, представлены в сравнении с концентрацией серной кислоты во время событий NPF. Коэффициенты смешивания аммиака выше и ниже 0,1 ppb показаны красными треугольниками и черными крестиками, соответственно, а красная и черная пунктирные линии проведены, чтобы направить взгляд на эти две группы. B Частота наблюдаемых скоростей образования частиц во время событий NPF, где соответствующие коэффициенты смешивания аммиака выше и ниже 0,1 ppb показаны красными (вверху) и черными (внизу) столбиками. C Частотное распределение концентраций SA в диапазоне коэффициентов смешивания аммиака показано красными и черными столбиками. D Диаграмма рассеяния измерений SA и аммиака во время кампании, где цветная полоса представляет расчетную скорость образования отрицательных ионов на длине волны 1,7 нм (J1,7).
A Измеренные скорости образования отрицательных ионов, J1.7, представлены в сравнении с концентрацией серной кислоты во время событий NPF. Коэффициенты смешивания аммиака выше и ниже 0,1 ppb показаны красными треугольниками и черными крестиками, соответственно, а красная и черная пунктирные линии проведены, чтобы направить взгляд на эти две группы. B Частота наблюдаемых скоростей образования частиц во время событий NPF, где соответствующие коэффициенты смешивания аммиака выше и ниже 0,1 ppb показаны красными (вверху) и черными (внизу) столбиками. C Частотное распределение концентраций SA в диапазоне коэффициентов смешивания аммиака показано красными и черными столбиками. D Диаграмма рассеяния измерений SA и аммиака во время кампании, где цветная полоса представляет расчетную скорость образования отрицательных ионов на длине волны 1,7 нм (J1,7).
Автор: Boyer, M., Quéléver, L., Brasseur, Z. et al. Источник: www.nature.com
Химия процесса: от гуано к прохладе

Позвольте объяснить, как это работает на химическом уровне, но без занудства. Молекулы аммиака (NH₃), попадая в атмосферу, вступают в реакцию с молекулами серной кислоты (H₂SO₄), которая образуется из выбросов того самого фитопланктона. Аммиак, будучи основанием, нейтрализует кислоту, и этот процесс, что критически важно, способствует «склеиванию» мелких сульфатных частиц в более крупные кластеры. Учёные говорят, что аммиак ускоряет этот процесс кластеризации примерно в тысячу раз!

Представьте себе конструктор: фитопланктон поставляет мелкие детальки (сульфатные молекулы), а пингвиний аммиак — это такой «суперклей», который быстро собирает из них крупные блоки, готовые стать основой для облачных капель. Больше крупных частиц — больше облаков. Больше облаков — больше отражённого солнечного света и, как следствие, прохладнее климат. Такой вот неожиданный природный механизм.

Маленькая птичка — большое влияние?

Так что же, пингвины — непризнанные климатологи Антарктиды? Похоже на то. Исследование Бойера и его коллег показывает очень изящную, хотя и несколько «пахучую», связь между биосферой (пингвинами и фитопланктоном) и атмосферой.

Это открытие заставляет по-новому взглянуть на уязвимость антарктической экосистемы. Если популяции пингвинов начнут сокращаться — например, из-за таяния морского льда, вызванного глобальным потеплением (какая ирония!), — то это может запустить цепную реакцию. Меньше пингвинов — меньше аммиака. Меньше аммиака — меньше подходящих частиц для образования облаков. Меньше облаков — меньше отражённого солнечного света, и Антарктида будет нагреваться ещё быстрее. Такой вот потенциальный негативный климатический фидбэк.

Пока учёные не готовы назвать точные цифры, насколько велик этот «пингвиний» охлаждающий эффект для всей Антарктиды. Измерения проводились локально, и для глобальных выводов нужны дополнительные данные и моделирование.

Однако есть и другие исследования, намекающие на серьёзность подобных явлений. Например, Джеффри Пирс из Университета штата Колорадо обнаружил схожий механизм в Арктике. Там аммиак из экскрементов морских птиц, таких как тупики, также способствует увеличению облачности летом. По его оценкам, этот эффект может компенсировать до трети потепления, вызванного углекислым газом в регионе! Серьёзная заявка, не правда ли? Это даёт основания полагать, что и антарктические пингвины — не просто милые обитатели ледяного континента, а важные игроки в его климатической системе.

Временные ряды различных атмосферных измерений в примере 01 февраля 2023 года, во время которого наблюдалось образование, рост и последующее формирование облаков в регионе. Пунктирными серыми линиями отмечен период отбора проб в тумане. A Соответствующие метеорологические условия, включая температуру окружающей среды (фиолетовая линия), температуру точки росы (оранжевая линия) и направление ветра (зеленая линия), во время проведения исследования. B Распределение частиц/капель размером > 0,7 мкм и концентрация CCN при 5 различных пересыщениях (0,2%: зеленая линия, 0,4%: красная линия, 0,6%: синяя линия, 0,8%: черная линия, 1,0%: белая линия). C Распределение частиц по размерам > 3 нм и концентрация частиц (красная линия). D Коэффициент смешивания аммиака (NH3; зеленая линия) и концентрации серной кислоты (SA; красная линия), метансульфоновой кислоты (MSA; синяя линия) и йодной кислоты (IA; черная линия).
Временные ряды различных атмосферных измерений в примере 01 февраля 2023 года, во время которого наблюдалось образование, рост и последующее формирование облаков в регионе. Пунктирными серыми линиями отмечен период отбора проб в тумане. A Соответствующие метеорологические условия, включая температуру окружающей среды (фиолетовая линия), температуру точки росы (оранжевая линия) и направление ветра (зеленая линия), во время проведения исследования. B Распределение частиц/капель размером > 0,7 мкм и концентрация CCN при 5 различных пересыщениях (0,2%: зеленая линия, 0,4%: красная линия, 0,6%: синяя линия, 0,8%: черная линия, 1,0%: белая линия). C Распределение частиц по размерам > 3 нм и концентрация частиц (красная линия). D Коэффициент смешивания аммиака (NH3; зеленая линия) и концентрации серной кислоты (SA; красная линия), метансульфоновой кислоты (MSA; синяя линия) и йодной кислоты (IA; черная линия).
Автор: Boyer, M., Quéléver, L., Brasseur, Z. et al. Источник: www.nature.com

Хрупкий баланс и неожиданные связи

Что всё это значит для нас? Прежде всего, это ещё одно напоминание о том, насколько сложны и взаимосвязаны природные процессы. Иногда самые, казалось бы, незначительные или даже неаппетитные детали экосистемы играют критическую роль в поддержании глобального равновесия.

Исследование пингвиньего вклада в облакообразование — это не просто забавный научный курьёз. Это ключ к пониманию тонких механизмов, регулирующих климат в одном из самых чувствительных регионов планеты. И, возможно, это ещё один повод задуматься о том, как наши действия, ведущие к изменению климата, могут нарушить даже такие неожиданные, но жизненно важные природные «договоренности». Кто знает, какие ещё сюрпризы хранит природа, и сколько ещё невидимых нитей связывают воедино всё живое и неживое на нашей удивительной планете? Честно говоря, чем больше мы узнаём, тем больше понимаем, как мало мы ещё знаем.

1 комментарий

a
Если популяции пингвинов начнут сокращаться — например, из-за таяния морского льда, вызванного глобальным потеплением (какая ирония!), — то это может запустить цепную реакцию. Меньше пингвинов — меньше аммиака. Меньше аммиака — меньше подходящих частиц для образования облаков. Меньше облаков — меньше отражённого солнечного света, и Антарктида будет нагреваться ещё быстрее. Такой вот потенциальный негативный климатический фидбэк.

А еще белый снег отражает свет лучше, чем более темный, покрытый слоем пингвиньего помета. Получается, что меньше пингвинов — чище снег — больше отражение света — лучше альбедо.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Главная проблема зеленой энергетики — это... пузырьки газа: как ученые перехитрили физику электролиза

Производство экологически чистого водорода с помощью электролиза воды — один из базовых процессов современной энергетики. Устройство электролизера принципиально простое: в емкость с...

«ВАЗ-2115: как появилась „пятнашка“ и чем она живёт спустя четверть века»

ВАЗ-2115 появилась в продаже в 1997 году и выпускалась до конца 2012-го. За это время менялись двигатели, оснащение и требования покупателей, но сама машина оставалась узнаваемой. Узкие фары,...

В бирманском янтаре нашли самое длинное перо динозавра. Оно объяснило, почему ящеры с крыльями не могли летать

Способность современных птиц летать напрямую зависит от того, как устроены их перья на микроскопическом уровне. Во время взмаха крыло испытывает сильное сопротивление воздуха, поэтому каждое...

Как один бензовоз перевозит АИ-92, АИ-95 и дизель, не смешивая топливо

Представьте обычную ситуацию на заправке. Подъезжает бензовоз, водитель готовит оборудование для разгрузки, а затем из одной машины пополняют запасы сразу нескольких видов топлива. В одном...

В озёра выпустили креветок, чтобы помочь лососю — в результате лосось исчез, а вместе с ним ушли сотни белоголовых орланов

В начале 1980-х осенью к ручью Макдональд-Крик в национальном парке Глейшер слетались сотни белоголовых орланов. Их привлекала рыба: кокани, пресноводная форма нерки, поднималась сюда на нерест из...

Ugreen Studio Max5s: обзор доступных полноразмерных беспроводных наушников с LDAC и автономностью 112 часов

Ugreen Studio Max5s это обновление популярных наушников Ugreen Max5с, которые уже пару лет являются настоящим бестселлером. В новой версии Max5s поработали над звуком, сделав его более...