Загадки «белого» и «черного» смога: оптические свойства и микроструктура смога
Когда мы слышим слово «смог», то обычно представляем себе грязную, темную пелену над мегаполисом, которая задерживает солнечный свет. Но атмосфера гораздо сложнее, чем кажется. Ученые из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН опубликовали исследование, в котором наглядно показали: зимний (нефотохимический) смог может работать и как идеальное зеркало, и как неожиданная тепловая ловушка. В недавней статье «Microstructure and Absorption Capacity of Aerosol in Nonphotochemical Smog» коллектив авторов — сотрудники Лаборатории оптики и микрофизики аэрозоля (ЛОМА) Г.И. Горчаков, О.И. Даценко, А.В. Карпов и Р.А. Гущин — проанализировали данные международной сети радиационного мониторинга AERONET и спутников MODIS за январь 2013 года, когда над Северной Китайской Равниной наблюдался крупномасштабный нефотохимический смог (период экстремального аэрозольного загрязнения).
Качественные прогнозы погоды и модели изменения климата зависят от одного глобального уравнения: сколько солнечного тепла приходит на Землю и сколько уходит обратно в космос. Главный возмутитель спокойствия здесь — аэрозоль (микроскопические частицы пыли, сажи и капель в воздухе). Если мы не знаем точных оптических свойств этих частиц, климатические модели начинают давать существенные погрешности. Работа ученых ИФА РАН раскрывает физические механизмы двух атмосферных аномалий:
1.«Белый смог» над Пекином — формирование высокоотражающей аэрозольной среды
Обычно зимний смог над мегаполисами образуется без участия солнечного света (в ходе нефотохимических процессов). Из-за каталитической реакции сернистого газа с кислородом в присутствии капель воды и микрочастиц железа и марганца происходит взрывной рост массы сульфатных частиц.
Ученые обнаружили удивительный оптический эффект этого процесса:
Субмикронный масштаб: В воздухе начинает доминировать плотнейшая ультрадисперсная фракция частиц с радиусом всего 0,15–0.25 микрона.
Абсолютное зеркало: На станциях в Пекине и пригороде Синьхэ альбедо однократного рассеяния аэрозоля достигало 0.99. Это означает, что этот плотнейший смог практически не поглощал свет, а работал как гигантское белое зеркало, отражая 99% солнечной радиации обратно в космос, сажи в нем почти не было.
«Коричневый» след: Там, где поглощение все же фиксировалось, доказано присутствие так называемого коричневого углерода — органики, которая избирательно «съедает» ультрафиолетовый и синий спектр излучения.
2.ИК-ловушка над озером Тайху (аномальное поглощение)
Совсем другую картину ученые зафиксировали на юге региона, в районе станции Тайху. Здесь плотность мглы была меньше, но ее физика оказалась аномальной:
Поглощение невидимки: Вместо того чтобы рассеивать свет, аэрозоль начал активно поглощать излучение в ближнем инфракрасном диапазоне (на длине волны 1020 нм мнимая часть показателя преломления резко возрастала, достигая величины 0.107). Такой аэрозоль работает как своеобразное одеяло: он пропускает видимый свет к Земле, но блокирует и поглощает инфракрасное тепловое излучение, сильно нагревая атмосферу.
Такой избирательный «черный» аппетит к ИК-лучам характерен для продуктов горения специфической органики. Ученые связали это с тем, что ветер принес к озеру шлейфы дыма от массового сжигания сельскохозяйственных отходов на фермерских полях.
Исследование ученых ИФА РАН доказывает: нельзя оценивать экологические и климатические последствия смога «на глаз». В зависимости от химического состава (сульфаты из труб заводов или органика от горящей соломы) смог одного и того же региона может либо охлаждать планету, работая белым зеркалом, либо локально подогревать ее, превращаясь в невидимый тепловой радиатор.
Подробнее читайте в статье в журнале Doklady Earth Sciences: Gorchakov, G. I., Datsenko, O. I., Karpov, A. V., & Gushchin, R. A. (2026, May). Microstructure and Absorption Capacity of Aerosol in Nonphotochemical Smog. In Doklady Earth Sciences (Vol. 528, No. 1, p. 6). Moscow: Pleiades Publishing.
