Спутник TEMPO отслеживает «грозовое» загрязнение атмосферы в реальном времени

Атмосферный разряды вызывают химические реакции, как полезные, так и вредные. Синтез оксидов азота — самое неблагоприятное следствие гроз. Наблюдения геостационарного спутника TEMPO позволили взять эту неочевидную проблему под неусыпный научный контроль.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Грозы — впечатляющие природные явления, несущие живительную влагу и нешуточные опасности. Неочевидным вредным фактором грозовых разрядов является выброс в атмосферу ядовитых оксидов азота и перераспределение озона. В верхних слоях его объем уменьшается, открывая путь жесткому УФ-излучению Солнца, а в приземном слое — увеличивается, негативно сказываясь на здоровье людей.

Ученые из Мэрилендского университета впервые смогли исследовать молнии и их влияние на качество воздуха с помощью высокочастотных спутниковых наблюдений. Они получили ценную информацию о том, как грозы с одной стороны загрязняют окружающую среду, а с другой вырабатывают важные химические вещества, способствующие очищению атмосферы Земли.

В конце июня 2025 года профессор Кеннет Пикеринг, занимающийся исследованиями в области атмосферных и океанических явлений, и научный сотрудник Университета Мэриленда Дейл Аллен использовали данные, полученные спутником TEMPO (англ. Tropospheric Emissions: Monitoring of POllution — Тропосферные выбросы: мониторинг загрязнения) NASA, для тщательного исследования гроз в процессе их перемещения по восточной части Соединенных Штатов. Запущенный в 2023 году, TEMPO один раз в час со своей геостационарной «площадки» на высоте 35 400 километров над Землей сканирует загрязнители воздуха по всей Северной Америке.

Пикеринг и Аллен сосредоточились на быстрых измерениях диоксида азота (NO2), согласовав 10-минутные интервалы скрининга вместо часовых. Благодаря передовым возможностям оборудования они смогли изучать сложные процессы, происходящие в атмосфере, почти в режиме реального времени, а не собирать свидетельства постфактум.

Пикеринг с удовлетворением отметил, что это первый случай исследования, проводимого с такой временной частотой. Грозы развиваются стремительно. Часто они нарастают, усиливаются и затихают в течение одного часа. Короткие интервалы наблюдений дают более точное представление о том, что на самом деле происходит во время шторма.

Благодаря этому эксперименту ученые могут достоверно подсчитать количество вспышек молний по мере их возникновения, используя данные геостационарного спутникового прибора NOAA для картографирования молний. Это, в свою очередь, позволяет получить более точное представление о том, сколько оксида и диоксида азота генерирует каждая вспышка молнии во время грозы и как долго он сохраняется в атмосфере после нее. Эта информация поможет исследователям усовершенствовать климатические модели и углубить понимание того, как грозовые разряды влияют на воздух, которым мы дышим.

Удар молнии создает чрезвычайно высокую температуру, в результате чего происходит образование оксидов азота – тех же загрязняющих веществ, что выбрасываются автомобилями или другими источниками сжигания ископаемого топлива. Подтверждением образования оксидов азота во время гроз является красивейшее, хотя и крайне редкое атмосферное явление спрайт, о котором мы недавно рассказывали. 

Во всем мире молнии дают до 15% от общего объема выбросов оксидов азота в атмосферу. Загрязнение, производимое человеком, гораздо масштабнее, но важно учитывать, что молнии запускают реакцию окисления азота на гораздо больших высотах, где находится озоновый слой. При этом генерация озона в электрических зарядах не компенсирует расход молекул озона O3 на взаимодействие с азотом. В результате запасы в верхних слоях атмосферы сокращаются, а интенсивность жесткого солнечного ультрафиолета возрастает.

Загрязнение от молний иногда может переноситься к поверхности, влияя на качество воздуха на сотни километров от места первоначальной грозы. Ученые отмечают, что этот эффект усиливается летом, в разгар сезона гроз. Влияние молний на климат в летний сезон сопоставимо с воздействием антропогенных оксидов азота, поэтому ученые хотели бы изучить штормы в июне. Но придется оставить эти эксперименты до нового сезона — в Южном полушарии Земли программ мониторинга, подобных TEMPO, пока нет.

О пользе молний

Молнии не только загрязняют окружающую среду, но и вызывают образование гидроксильных радикалов – важных молекул, которые помогают очищать атмосферу Земли, разлагая такие газы, как метан, вносящий значительный вклад в глобальное потепление. Они также контролируют приземный фоновый уровень озона. Эксперимент с молниями предоставил исследователям важную информацию об этих «санитарах атмосферы». Результатом стала идея создания интерактивной карты состава атмосферы и сложной молекулярной динамики, происходящей во время гроз.

На основании предыдущих исследований нашей группы и других ученых мы полагаем, что каждая вспышка молнии создает в небе в среднем 250 молей оксидов азота. Однако эта величина не точна, и выбросы отдельных вспышек различаются как минимум на порядок. Мы полагаем, что с усилением шторма каналы молний становятся короче и производят меньше оксидов азота за один разряд. Наше исследование поможет это доказать. Понимание того, как изменится «след» молнии в мире с усиливающимися экстремальными погодными явлениями, крайне важно для разработки климатических моделей будущего.Дейл Аллен исследователь.

Пикеринг и Аллен полагают, что их эксперимент со спутником TEMPO может иметь потенциальное влияние на повседневную жизнь в реальном мире. Газы, порождаемые молниями, могут перемещаться по длинным атмосферным «конвейерам» и влиять на качество воздуха далеко от мест возникновения гроз. Молнии также способствуют образованию приземного озона, который может вызывать астму и другие респираторные заболевания у людей и животных. Для жителей горных районов эта информация может быть особенно важна, поскольку концентрация озона растет с высотой.

Хотя Пикеринг и Аллен все еще анализируют данные TEMPO, они уверены, что их эксперимент поможет ученым оценить, какая часть загрязняющих газов в атмосфере Земли связана с деятельностью человека, а какая – с естественными процессами. Мониторинг закладывает основу понимания того, как различная интенсивность молний может влиять на качество воздуха на местном и глобальном уровнях. Эксперимент также позволяет понять способность атмосферы естественным образом разлагать загрязняющие вещества на разных высотах.

О проекте спутникового мониторинга оксидов азота, выделяемого тепловыми электростанциями, мы сообщили зедсь.  

Поделиться