Свинець виявився найсильнішим каталізатором утворення хмар
Хмари народжуються свинцем
Крихітні частинки з'єднань свинцю, якими людство заповнило атмосферу, – найпотужніший каталізатор утворення хмар. До половини всіх кристаликів льоду, з яких складаються небесні «пір'я», містять свинець, і в цілому цей елемент швидше студить, ніж гріє планету.
Коли хмари називають «свинцевими», мають на увазі не хімічний склад хмар, а їхній зовнішній вигляд, колір і навіть якусь приховану в них загрозу, готову ось-ось обрушитися на наші голови. Однак, як з'ясували геофізики зі США, Швейцарії та Німеччини, у цій метафорі трохи більше буквального сенсу, ніж здається поетам.
Свинець - ключовий елемент в освіті зародків тих крихітних водних частинок, які складають хмари.
Свинцеві наночастки входять до складу від 30% до 50% таких зародків в атмосфері — непропорційно багато порівняно із загальною кількістю свинцю в атмосфері. І свинець по-справжньому активно допомагає утворенню хмар: він підвищує температуру та знижує відносну вологість, необхідні для перетворення вологого повітря на хмару.
Перисті хмари
(Cirrus, Ci) – білі, тонкі, волокнисті хмари без тіней, що мають вигляд ниток, пучків, пір'я, що іноді загинаються у вигляді.
Щоправда, мова все-таки йде не про ті свинцеві хмари в нижній частині тропосфери, що лякали поетів кілька тисяч років. Ці хмари здебільшого складаються з дрібних крапельок води. Свинець же причетний до утворення хмар із крихітних кристаликів льоду — насамперед перистих хмар, циррусів, що ширяють над землею на висоті 5–10 км.
Для початку Ціцо та його колеги вирушили на вершину гори Сторм-Пік у Скелястих горах, на кордоні американських штатів Колорадо та Вайомінг. Тут, на висоті близько 3200 метрів, вонипросто відбирали проби «природного» повітря і закачували його в свого роду холодильник, тільки холодильник дослідний, в якому можна було детально регулювати і контролювати всі параметри утворення хмар.
Втім, ці дані свідчать на користь причетності свинцю до утворення перистих хмар лише непрямим чином. Хто знає, може, крижані частинки, що просто вже сформувалися, з великим задоволенням вбирають свинець з атмосфери, а може, пилові частинки, які є центрами конденсації, просто відчувають якусь додаткову тягу до свинцевих сполук.
Щоб кардинально вирішити це питання, вчені скористалися справжньою «фабрикою хмар» AIDA у німецькому дослідницькому центрі Карлсруе. Це приблизно такий же холодильник, що і на Сторм-Пік, тільки куди більш наворочений і стаціонарний, висотою з триповерховий будинок, з об'ємом самої хмарної камери 84 кубічних метри. Це в 280 разів більше за обсяг стандартного 300-літрового холодильника.
Результати експериментів на хмарній фабриці чітко підтвердили підозри вчених. Свинець активно допомагає появі хмар.
За наявності в частинках свинцевих включень температура, необхідна для кристалізації, могла підвищитися на десятки градусів, потрібна при -40 за Цельсієм відносна вологість - зі 150% до 110% (повітря має бути пересичене водою, щоб утворилися хмари, але одного цього мало ). При цьому самі по собі свинцеві сполуки (використовувався сульфат свинцю PbSO4) були не дуже хорошими каталізаторами, але на поверхні глиняних мікрочастинок їхня активність зростала багаторазово. Чому так — Ціцо та його колеги поки що не можуть сказати впевнено.
Що можна сказати впевнено, так це те, що більшість свинцевих частинок у повітрі — результат людської діяльності.
Протягом півстоліття люди активно додавали тетраетилсвинець Pb(C2H5)4 у бензин як антидетонатор – добавку, яка знижує ймовірність передчасного займання бензину в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння, підвищуючи стійкість роботи останніх (і збільшуючи ефективне октанове число палива). Старші водії можуть згадати авіаційний бензин серії Б, який спеціально підфарбовували, щоб відзначити його додаткову токсичність.
Кілька століть основним джерелом свинцю було спалювання вугілля в печах фабрик і заводів, а в XX столітті на перший рядок вийшов транспорт — автомобільний і повітряний, який використовує свинець як добавку до бензину. З кінця 1970-х до 1990-х, щоправда, цих добавок в автомобільному паливі позбулися майже по всьому світу (вони, наприклад, геть-чисто заборонені стандартом Euro-2), і зараз викиди свинцю автотранспортом скоротилися в десятки разів.
Проте їх продовжують використовувати для авіаційного бензину — того, на якому літає мала та середня авіація. А її польоти проходять на тих висотах, де й утворюються перисті хмари.
Тому вчені впевнені, що ці викиди впливають і освіту хмар, і клімат.
Щоправда, в який бік сказати складно. З одного боку, перисті хмари можуть частково відбивати сонячне світло, сприяючи таким чином охолодження планети. З іншого боку, вони можуть утримувати тепло, яке без них могло б піти в космос. Який ефект виграє залежить і від щільності хмар, і від висоти, на якій вони утворюються.
Якщо частка свинцю менша за 10%, він трохи «гріє» планету. Якщо частка більше 10%, то свинець загалом охолоджує атмосферу: принаявності свинцевих включень у кожній мікрочастинці приблизно на 1 Вт з кожного квадратного метра. Це близько десятої частки відсотка від того потоку енергії, що падає на нас від Сонця, але цілком помітна величина в масштабах усієї планети, особливо з огляду на дуже тонке налаштування планетарного теплообміну.
Автори схиляються до думки, що антропогенний свинець все-таки охолоджує атмосферу, протидіючи дії антропогенних парникових газів.
Щоправда, радіти нема чому: адже виходить, що ми недооцінюємо внесок останніх у потепління. А свинцевих викидів все одно доведеться позбавлятися, якщо ми не хочемо, щоб наша атмосфера ставала все більш отруйною.