Том 33, номер 05, статья № 5

Аннотация:

Летом 2018 г. на маршруте 71-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Северной Атлантике проведены измерения таких характеристик атмосферного аэрозоля, как аэрозольная оптическая толща, приземные концентрации аэрозоля и сажи, содержание в аэрозольных пробах химических элементов, органического и элементного углерода, а также изотопный состав сажевого углерода. Показано, что при переходе от Балтийского моря в Северную Атлантику (57–60° с.ш.) и затем в Норвежское море средние значения большинства характеристик уменьшаются в несколько раз. Например, средняя концентрация сажи уменьшилась от 83 до 29 нг/м³. Эпизодическое воздействие континентального аэрозоля отмечено даже в удаленных районах океана. Сильнее всего на характеристики аэрозоля повлиял вынос в район измерений (южнее Гренландии) дымов лесных пожаров с севера Канады. Средние концентрации химических элементов в составе аэрозоля над Северной Атлантикой в несколько раз больше, чем в арктическом районе, и меньше, чем в фоновом районе Сибири.

Ключевые слова:

атмосфера Северной Атлантики, аэрозоль и сажа, содержание органического и элементного углерода, химический и изотопный состав

Список литературы:

1. IPCC, 2013. Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Fifth Assessment Report of the United Nations “Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Chapter 7, Clouds and Aerosols. Cambridge University Press, Cambridge. URL: http://www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_ Chapter07_FINAL.pdf.
2. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И., Поздняков Д.В. Атмосферный аэрозоль. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 224 с.
3. Лисицын А.П. Современные представления об осадкообразовании в океанах и морях. Океан как природный самописец взаимодействия геосфер Земли // Мировой океан. Т. 2. Физика, химия и биология океана. Осадкообразование в океане и взаимодействие геосфер Земли. М.: Научный мир, 2014. C. 331–571.
4. Шевченко В.П., Виноградова А.А., Лисицын А.П., Новигатский А.Н., Горюнова Н.В. Атмосферные аэрозоли как источник осадочного вещества и загрязнений в Северном Ледовитом океане // Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики: современное состояние и история развития. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2009. С. 150–172.
5. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Полькин В.В., Радионов В.Ф., Holben B.N., Smirnov A. Вариации оптических и микрофизических характеристик аэрозоля на маршруте Российских антарктических экспедиций в Восточной Атлантике // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 8. C. 666–678; Sakerin S.M., Kabanov D.M., Polkin V.V., Radionov V.F., Holben B.N., Smirnov A. Variations in aerosol optical and microphysical characteristics along the route of Russian Antarctic Expeditions in the East Atlantic // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 1. P. 89–102.
6. Бартенева О.Д., Никитинская Н.И., Сакунов Г.Г., Веселова Л.К. Прозрачность толщи атмосферы в видимой и ближней ИК-области спектра. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 224 с.
7. Tomasi C., Kokhanovsky A.A., Lupi A., Ritter C., Smirnov A., Mazzola M., Stone R.S., Lanconelli C., Vitale V., Holben B.N., Nyeki S., Wehrli C., Altonen V., de Leeuw G., Rodriguez E., Herber A.B., Stebel K., Stohl A., O’Neill N.T., Radionov V.F., Zielinski T., Petelski T., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Xue Y., Mei L., Istomina L., Wagener R., McArthur B., Sobolewski P.S., Butler J., Kivi R., Courcoux Y., Larouche P., Broccardo S., Piketh S.J. Aerosol remote sensing in polar regions // Earth-Sci. Rev. 2015. V. 140. P. 108–157. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.11.001.
8. Cavalli F., Facchini M.C., Decesari S., Mircea M., Emblico L., Fuzzi S., Ceburnis D., Yoon Y.J., O'Dowd C.D., Putaud J.-P., Dell'Acqua A. Advances in characterization of size-resolved organic matter in marine aerosol over the North Atlantic // J. Geophys. Res. D. 2004. V. 109. URL: http://dx.doi.org/10.1029/2004JD005137 (last access: 20.12.2019).
9. Stone R.S., Sharma S., Herber A., Eleftheriadis K., Nelson D.W. A characterization of Arctic aerosols on the basis of aerosol optical depth and black carbon measurements // Elementa: Sci. Anthropocene. 2014. V. 2. DOI: 10.12952/journal.elementa.000027.
10. Singh D.K., Kawamura K., Yanase A., Barrie L.A. Distributions of polycyclic aromatic hydrocarbons, aromatic ketones, carboxylic acids, and trace metals in Arctic aerosols: Long-range atmospheric transport, photochemical degradation/production at polar sunrise // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. Р. 8992−9004. DOI: 10.1021/acs.est.7b01644.
11. Eleftheriadis K., Vratolis S., Nyeki S. Aerosol black carbon in the European Arctic: Measurements at Zeppelin station, Ny-Ålesund, Svalbard from 1998–2007 // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. DOI: 10.1029/2008GL035741.
12. Massling A., Nielsen I.E., Kristensen D., Christensen J.H., Sorensen L.L., Jensen B., Nguyen Q.T., Nojgaard J.K., Glasius M., Skov H. Atmospheric black carbon and sulfate concentrations in Northeast Greenland // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 16. P. 9681–9692.
13. Виноградова А.А., Пономарева Т.Я. Атмосферный перенос антропогенных примесей в арктические районы России (1986–2010) // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 6. C. 475–483; Vinogradova A.A., Ponomareva T.Ya. Atmospheric transport of anthropogenic impurities to the Russian Arctic (1986–2010). // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 6. P. 414–422.
14. Виноградова А.А., Смирнов Н.С., Коротков В.Н., Романовская А.А. Лесные пожары в Сибири и на Дальнем Востоке: эмиссии и атмосферный перенос черного углерода в Арктику // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 512–520; Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N., Romanovskaya A.A. Forest fires in Siberia and the Far East: Emissions and atmospheric transport of Black Carbon to the Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 566–574.
15. Leck C., Bigg E.K., Covert D.S., Heintzenberg J., Maenhaut W., Nilsson E.D., Wiedensohler A. Overview of the atmospheric research program during the International Arctic Ocean Expedition of 1991 (IAOE–91) and its scientific results // Tellus. 1996. V. 48B. P. 136–155.
16. O’Dowd C.D., Smith M.H., Jennings S.G. Submicron aerosol, radon and soot carbon characteristics over the northeast Atlantic // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 1123–1135.
17. Xie Z., Blum J.D., Utsunomiya S., Ewing R.C., Wang X. Summertime carbonaceous aerosols collected in the marine boundary layer of the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. D. 2007. V. 112. DOI: 10.1029/2006JD007247.
18. Stohl A., Klimont Z., Eckhardt S., Kupiainen K., Shevchenko V.P., Kopeikin V.M., Novigatsky A.N. Black carbon in the Arctic: The underestimated role of gas flaring and residential combustion emissions // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 8833–8855.
19. Popovicheva O.B., Evangeliou N., Eleftheriadis K., Kalogridis A.C., Sitnikov N., Eckhard S., Stohl A. Black carbon sources constrained by observations in the Russian High Arctic // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51, N 7. P. 3871–3879. DOI: 10.1021/acs.est.6b05832.
20. Schevchenko V.P., Kopeikin V.M., Evangeliou N., Lisitzin A.P., Novigatsky A.N., Pankratova N.V., Starodymova D.P., Stohl A., Thomson R. Atmospheric black carbon over the north Atlantic and Russian arctic seas in summer–autumn time // Химия в интересах устойчивого развития. 2016. Т. 24, № 4. С. 441–446. DOI: 10.15372/KhUR20160402.
21. Шевченко В.П., Копейкин В.М., Новигатский А.Н., Малафеев Г.В. Черный углерод в приводном слое атмосферы над Северной Атлантикой и морями Российской Арктики в июле–сентябре 2017 г. // Океанология. 2019. Т. 59, № 5. С. 771–776. DOI: 10.31857/S0030-1574595771-776.
22. Marsay C.M., Kadko D., Landing W.M., Morton P.L., Summers B.A., Buck C.S. Concentrations, provenance and flux of aerosol trace elements during US GEOTRACES Western Arctic cruise GN01 // Chem. Geology. 2018. V. 502. P. 1–14.
23. Sakerin S.M., Zenkova P.N., Izosimova O.N., Kabanov D.M., Pol’kin V.V., Radionov V.F., Malafeev G.V., Shevchenko V.P. Measurements of aerosol optical and microphysical characteristics in 2018 expeditions onboard RV “Akademik Mstislav Keldysh” and RV “Akademik Tryoshnikov” // Proc. SPIE. 2019. V. 11208. DOI: 10.1117/12.2539793.
24. Popova S.A., Simonova G.V., Makarov V.I., Kalashnikova D.A., Zenkova P.N., Lisitzin A.P., Novigatsky A.N. Variations of the carbon isotope composition and of organic and elemental carbon concentrations of North Atlantic aerosols // Proc. SPIE. 2019. V. 11208. DOI: 10.1117/12.2538888.
25. Sakerin S.M., Bobrikov A.A., Bukin O.A., Golobokova L.P., Polkin Vas.V., Polkin Vik.V., Shmirko K.A., Kabanov D.M., Khodzher T.V., Onischuk N.A., Pavlov A.N., Potemkin V.L., Radionov V.F. On measurements of aerosol–gas composition of the atmosphere during two expeditions in 2013 along Northern Sea Route // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, iss. 21. P. 12413–12443. DOI: 10.5194/acp-15-1-2015.
26. Сакерин С.М., Голобокова Л.П., Кабанов Д.М., Калашникова Д.А., Козлов В.С., Круглинский И.А., Макаров В.И., Макштас А.П., Попова С.А., Радионов В.Ф., Симонова Г.В., Турчинович Ю.С., Ходжер Т.В., Хуриганова О.И., Чанкина О.В., Чернов Д.Г. Результаты измерений физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля на «Ледовой базе “Мыс Баранова”» в 2018 г. // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 6. C. 421–429; Sakerin S.M., Golobokova L.P., Kabanov D.M., Kalashnikova D.A., Kozlov V.S., Kruglinsky I.A., Makarov V.I., Makshtas A.P., Popova S.A., Radionov V.F., Simonova G.V., Turchinovich Yu.S., Khodzher T.V., Khuriganowa O.I., Chankina O.V., Chernov D.G. Measurements of physicochemical characteristics of atmospheric aerosol at research station Ice Base Cape Baranov in 2018 // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 5. P. 511–520.
27. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия для анализа объектов окружающей среды. М.: Техносфера, 2013. 632 с.
28. Makarov V.I., Koutsenogii K.P., Koutsenogii P.K. Daily and seasonal changes of organic and inorganic carbon content in atmospheric aerosol Novosibirsk region // J. Aer. Sci. 1999. V. 30. P. S255–S256.
29. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V., Berkaev D.E., Borin V.M., Dorokhov V.L., Karnaev S.E., Kiselev V.A., Levichev E.B., Meshkov O.I., Mishnev S.I., Nikitin S.A., Nikolaev I.B., Sinyatkin S.V., Vobly P.D., Zolotarev K.V., Zhuravlev A.N. Synchrotron radiation research and application at VEPP-4 // Phys. Proc. 2016. V. 84. Р. 19–26. DOI: 10.1016/j.phpro.2016.11.005.
30. Sakerin S.M., Andreev S.Yu., Kabanov D.M., Pol’kin V.V., Turchinovich Yu.S., Chernov D.G. Database of aerosol expedition studies in marine and polar regions // Proc. SPIE. 2019. V. 11208. Part 2. DOI: 10.1117/12.2539891.
31. Сакерин С.М., Голобокова Л.П., Кабанов Д.М., Козлов В.С., Полькин В.В., Радионов В.Ф., Чернов Д.Г. Сравнение средних характеристик аэрозоля в соседних арктических районах // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 8. C. 640–646; Sakerin S.M., Golobokova L.P., Kabanov D.M., Kozlov V.S., Pol’kin V.V., Radionov V.F., Chernov D.G. Comparison of average aerosol characteristics in neighboring Arctic regions // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 1. P. 33–40.
32. URL: https://tropo.gsfc.nasa.gov/aeronet/IMAGES/Y15/M07/ktraj_tlk_7bck15071012.ps210001.gif (last access: 20.12.2019).
33. Lamarque J.-F., Bond T.C., Eyring V., Granier С., Heil A., Klimont Z., Lee D., Liousse C., Mieville A., Owen B., Schultz M.G., Shindell D., Smith S.J., Stehfest E., Van Aardenne J., Cooper O.R., Kainuma M., Mahowald N., McConnell J.R., Naik V., Riahi K., van Vuuren D.P. Historical (1850–2000) gridded anthropogenic and biomass burning emissions of reactive gases and aerosols: Methodology and application // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 7017–7039. DOI: org/10.5194/acp-10-7017-2010.
34. Popovicheva O., Diapouli E., Makshtas A., Shonija N., Manousakas M., Saraga D., Uttal T., Eleftheriadis K. East Siberian Arctic background and black carbon polluted aerosols at HMO Tiksi // Sci. Total Environ. 2019. V. 655. P. 924–938.
35. Massling A., Nielsen I.E., Kristensen D., Christensen J.H., Sørensen L.L., Jensen B., Nguyen Q.T., Nøjgaard J.K., Glasius M., Skov H. Atmospheric black carbon and sulfate concentrations in Northeast Greenland // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 9681–9692.
36. Widory D. Combustibles, fuels and their combustion products: A view through carbon isotopes // Combustion Theory and Modelling, UK. 2006. P. 831–841. DOI: 10.1080/13647830600720264.
37. Simonova G., Volkov Yu., Kozlov V., Shmargunov V., Kalashnikova D. Atmospheric air pollution studies using the isotope mass-spectrometry // 18th Intern. multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2018. Bulgaria: Conf. proc. P. 343–348. DOI: 10/5593/sgem2018/4.2.
38. Mouteva G.O., Czimczik C.I., Fahrni S.M., Wiggins E.B., Rogers B.M., Veraverbeke S., Xu X., Santos G.M., Henderson J., Miller C.E., Randerson J.T. Black carbon aerosol dynamics and isotopic composition in Alaska linked with boreal fire emissions and depth of burn in organic soils // Global Biogeochem. Cycles. 2015. V. 29, N 11. P. 1977–2000. DOI: 10.1002/2015GB005247.
39. Doherty S.J., Warren S.G., Grenfell T.C., Clarke A.D., Brandt R.E. Light-absorbing impurities in Arctic snow // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10, N 23. P. 11647–11680. DOI: 10.5194/acp-10-11647-2010.
40. McConnell J.R., Edwards R., Kok G.L., Flanner M.G., Zender C.S., Saltzman E.S., Banta J.R., Pasteris D.R., Carter M.M., Kahl J.D. 20th-century industrial black carbon emissions altered Arctic climate forcing // Science. 2007. V. 317, N 5843. P. 1381–1384. DOI: 10.1126/science.1144856.