Авиация и окружающая среда

То, что самолеты своими выхлопными газами загрязняют окружающую среду, совершенно очевидно и не вызывает никаких сомнений. Да, собственно, любая хозяйственная деятельность человека наносит ущерб природе и способствует изменению климата. Вопрос лишь в том, сколь велик вклад того или иного ее вида в этот общий процесс.

Так вот, по мнению профессора Ульриха Шумана (Ulrich Schumann), директора Института физики атмосферы Немецкого аэрокосмического центра, на долю авиации приходится примерно 3 процента всего антропогенного парникового эффекта. Надо сказать, что далеко не все эксперты согласны с такой оценкой. Что вполне естественно, потому что эта цифра носит очень приблизительный, отчасти даже умозрительный характер. Ведь выхлопные газы самолетов содержат и двуокись углерода, и водяной пар, и оксиды азота, и мелкодисперсную сажу. Все эти компоненты оказывают на окружающую среду и на климат планеты отнюдь не однозначное, а иногда и разнонаправленное воздействие.

Углекислый газ распределяется равномерно

Дело в том, что авиационное топливо - керосин - представляет собой сложную смесь углеводородов. Углерод составляет в ней 86 процентов, водород - 14 процентов. При горении углерод соединяется с кислородом воздуха, так что сжигание каждого килограмма авиационного керосина пополняет атмосферу 3,15 килограммами углекислого газа. "Поскольку же углекислый газ - вещество весьма стабильное, он равномерно распределяется вокруг всего земного шара", - говорит профессор Шуман.

Кроме того, СО2 легко мигрирует и в вертикальном направлении, поэтому образовался ли он вблизи поверхности Земли или же на высоте 10-11 тысяч метров, где пролегают большинство коридоров гражданской авиации, не играет никакой роли. Поэтому несложно подсчитать, что примерно 2,2 процента всего антропогенного углекислого газа выбрасывают в атмосферу самолеты. На долю автомобильного транспорта приходится около 14 процентов, другие виды транспорта - морской, железнодорожный и прочие - производят в сумме 3,8 процента.

Воздействие конденсационного следа зависит от высоты

Гораздо сложнее оценить роль выбрасываемого авиацией водяного пара. То есть количественная оценка особого труда не составляет: известно, что при сжигании одного килограмма керосина образуется 1,23 килограмма водяного пара. А вот с качественной оценкой дело обстоит сложнее. При попадании горячих и влажных выхлопных газов в холодную окружающую среду пар конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды, а на больших высотах, где температура забортного воздуха достигает 30-40-50 градусов ниже нуля, - мельчайшие льдинки. Эти капельки и льдинки порой хорошо видны с земли - в виде так называемого конденсационного следа, тянущегося за самолетом. Какое воздействие этот след оказывает на атмосферу, зависит от высоты полета.

"Тропосфера - это нижний, очень турбулентный слой атмосферы, в котором формируется погода, - поясняет профессор Шуман. - Над ней расположена тропопауза, слой, в котором с ростом высоты температура уже не снижается, а еще выше - стратосфера, для которой характерна высокая стабильность слоев, почти не перемешивающихся между собой".

Водяной пар и нагревает, и охлаждает

В стратосфере с ее крайне низким содержанием влаги - менее 0,01 промилле - льдинки конденсационного следа быстро испаряются. А вот в тропосфере, где воздушные массы могут быть до предела насыщены влагой, поведение конденсационного следа зависит от множества погодных факторов, говорит профессор Шуман: "Если влажность воздуха высока, кристаллики льда вбирают в себя дополнительно воду, растут, и из конденсационных следов могут сформироваться перистые облака. Они способствуют дальнейшей конденсации влаги из воздуха, в результате плотность и водность облаков увеличиваются".

Такое развитие событий наблюдается в 10-20 процентах случаев. "Иными словами, воздушный транспорт реально усиливает облачность на нашей планете", - подчеркивает ученый. Правда, тут уместен вопрос: хорошо это для климата или плохо? С одной стороны, облака отражают часть коротковолнового солнечного излучения обратно в космос. "Упрощенно можно сказать так: конденсационные следы отбрасывают на землю тень, а в тени прохладнее, чем на солнцепеке", - поясняет профессор Шуман. С другой стороны, кристаллики льда в таких облаках поглощают длинноволновое инфракрасное излучение, а затем направляют часть этого тепла на землю. Налицо два разнонаправленных эффекта, и какой из них превалирует, специалисты точно сказать не могут, хотя большинство экспертов склонны полагать, что нагрев все же несколько сильнее охлаждения.

Воздействие сажи изучено пока недостаточно

Еще один фактор, влияющий на окружающую среду и климат планеты, - это сажа в форме мелкодисперсной пыли. Диаметр сажевых частиц в выхлопных газах самолетов составляет от 5 до 100 нанометров. Понятно, что эта пыль, едва попав в атмосферу, вносит свой вклад в образование конденсационного следа, поскольку на ней оседает часть водяного пара, выбрасываемого самолетом одновременно с сажей. Да и помимо этого сажевые частицы могут неделями пребывать в воздухе во взвешенном состоянии, способствуя формированию облаков. Однако в этих же процессах участвуют и пылевые частицы иного происхождения, как естественного (вулканическая пыль, пыль пустынь, пыль от эрозии почв), так и антропогенного (эмиссии промышленных предприятий), а кроме того капельки жидкости разной природы.

В такой ситуации оценить влияние сажи вообще, а тем более сажи, выбрасываемой именно самолетами, крайне сложно. По словам профессора Шумана, Немецкий аэрокосмический центр изучает воздействие на окружающую среду, скажем, и сажевых частиц, эмитируемых в атмосферу при крупных лесных пожарах. Однако результаты оказались весьма противоречивыми. Даже на вопрос, способствует ли сажа увеличению или уменьшению облачности, окончательного и однозначного ответа пока нет.

Озон озону рознь

Отдельная тема - влияние выхлопных газов самолетов на концентрацию озона в атмосфере. Как известно, камера сгорания современного авиационного двигателя может раскаляться до 2000 градусов. "При таких температурах азот, находящийся в воздухе в свободном состоянии, связывается с кислородом, образуя оксиды NO и NO2, - поясняет профессор Шуман, - однако эти оксиды оказывают на атмосферный озон разнонаправленное действие: на больших высотах они его разлагают, на малых высотах - образуют".

Разложение озона превалирует на высотах более 16 тысяч метров, однако туда обычные гражданские самолеты не залетают. Их коридоры расположены ниже 12 тысяч метров, а там оксиды азота вызывают активное образование озона. К сожалению, этот так называемый тропосферный озон усиливает парниковый эффект - так же как углекислый газ или водяной пар. К тому же повышенное содержание озона в воздухе негативно отражается на здоровье. И этот озон никак не связан с тем озоновым слоем в стратосфере, который защищает нашу планету от жесткого ультрафиолетового излучения. Иными словами, озоновую дыру над Антарктикой выхлопными газами самолетов не залатаешь.

Авторы: Фабиан Шмидт / Владимир Фрадкин
Редактор: Татьяна Вайнман