Экологи проследили за загрязнением атмосферы по перьям птиц
Экологи предложили отслеживать загрязнение атмосферы черным углеродом, основным компонентом сажи, по изменению цвета птичьих перьев. Взвешенные в воздухе частицы оседают на теле животных, в результате чего их светлые перья темнеют. Метод помог выяснить, что современные ученые, вероятно, недооценивают масштаб загрязнения в США в первой половине 20 века. Кроме того, полученные данные позволят уточнить климатические модели. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
По данным ВОЗ, около 3 миллиардов человек сегодня используют открытый огонь или простые печи для приготовления еды и отопления домов. В них сжигается биомасса (дрова, животный кизяк и отходы земледелия) и уголь. При неполном горении топлива образуется сажа, основным компонентом которой является черный углерод. Она не только представляет опасность для здоровья людей, попадая в дыхательные пути, но и вносит вклад в изменение климата человеком. В частности, из-за взвешенных в воздухе частиц с 1960 по 1990-е годы наблюдалось глобальное затмение — постепенное уменьшение количества солнечного света, достигающего поверхности Земли. Черный углерод в атмосфере поглощает солнечное излучение, одновременно нагревая воздух вокруг себя и препятствуя попаданию тепла на поверхность. Кроме того, темные частицы, попадая на снег и лед, снижают их отражающую способность, в результате чего они нагреваются сильнее.
Чтобы построить правильные климатические модели, необходимо знать, как менялось количество содержащегося в воздухе черного углерода. Однако до середины прошлого века сбор сведений об атмосферных выбросах в США был несистематическим — в 50-е годы исследователи стали брать пробы гренландских ледяных кернов. Авторы новой работы предложили иной метод анализа изменений количества черного углерода в воздухе — исследование перьев птиц.
Побочные продукты сгорания топлива оседают на птичьих перьях. Так как многие птицы линяют раз в год, это позволяет следить за изменениями, происходившими в короткий промежуток времени. Экологи изучили образцы перьев, собранные с более чем тысячи особей, обитавших с 1880 по 2015 год в ржавом поясе, в состав которого входят штаты Пенсильвания, Огайо, Индиана, Мичиган, Иллинойс и Висконсин. Авторы работы измеряли отражательную способность перьев на грудках птиц, а также изучали их с помощью сканирующего электронного микроскопа.
С 1880 по 1910 год исследователи не обнаружили заметной связи между отложениями черного углерода на перьях птиц и потреблением угля в стране. Содержание в воздухе частиц черного углерода было примерно одинаково высоким, в то время как количество расходуемого угля быстро росло. С 1910 года по 1960 год перья птиц стали постепенно становиться светлее, а использование угля стало постепенно уменьшаться. Резкий спад обоих показателей наблюдался во время Великой депрессии, а всплеск — во Вторую мировую войну. После 60-го года, несмотря на возросшее потребление угля в США, количество черного углерода на птичьих перьях снизилось, что отражает современные экологические тренды, считают авторы работы.
Также исследователи заметили, что модели, описывающие изменения количества черного углерода и сажи в атмосфере, могут быть неточными. В частности, они могут занижать оценки количества частиц, поступавших в воздух вначале прошлого века. Новый метод, по словам ученых, поможет уточнить экологические и климатические модели.
Недавно ученые сообщили о другом открытии: массивное углеобразование на нашей планете 300 миллионов лет привело к уменьшению содержания углекислого газа в атмосфере. Это, вероятно, могло вызвать глобальное обледенение Земли, что говорит в пользу гипотезы «Земли-снежка».
Кристина Уласович
Диаметр его верхней части достигает 4000 км ― как у плюмов на Земле
Планетологи обнаружили признаки существования на Марсе активного плюма — поднимающейся из мантии струи вещества под равниной Элизий. На Земле над такими плюмами могут формироваться супервулканы. Основываясь на геофизической модели, на топографии кратеров и сейсмических данных, ученые оценили диаметр головы плюма в четыре тысячи километров — примерно такие же размеры у земных плюмов, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy. Период интенсивного вулканизма пришелся на раннюю историю Марса ― нойский (приблизительно 4,1–3,5 миллиарда лет назад) и гесперийский (около 3,5–3,2 миллиарда лет назад) периоды. Считается, что в это время появились гигантские щитовые вулканические постройки, такие как гора Элизий или вулканы Фарсиды, и трапповые провинции, например, плато Гесперия. Их развитие ученые связывают с мощными и стабильными восходящими потоками мантийного вещества ― плюмами. В земной мантии тоже есть плюмы, иногда над ними возникают супервулканы, такие как Тоба и Йеллоустон, или районы активного вулканизма там, где плиты расходятся, например, в Исландии (об исландском вулканизме читайте в наших материалах «Сага о вулкане» и «Скандинавские тряски»). Но большинство вулканов на Земле возникает в зонах субдукции, где одна литосферная плита ныряет под другую, а на Марсе тектоника плит отсутствует. Там древние вулканы оставались над своими источниками ― плюмами ― очень долго и росли на протяжении десятков и сотен миллионов лет. В течение следующего, амазонийского периода, который продолжается и сейчас, вулканическая деятельность на Марсе ослабла и проявлялась лишь эпизодически, в ограниченном масштабе. Так, щитовой вулкан Элизий в последний раз извергался, по-видимому, около 60 миллионов лет назад, а возраст самых молодых лавовых потоков горы Олимп составляет всего два миллиона лет. Однако недавно ученые получили свидетельства, что динамические процессы в марсианских недрах не прекратились до сих пор. Их проявления локализуются на равнине Элизий, к юго-востоку от одноименного вулкана. Изучая физические свойства и альбедо пород равнины Элизий по снимкам высокого разрешения c орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), планетологи обнаружили пирокластические отложения, образовавшиеся примерно от 210 до 53 тысяч лет назад. Они частично перекрывают лавовые поля возрастом менее 20 миллионов лет. Равнину Элизий пересекает система разломов ― так называемые Борозды Цербера. Предполагается, что именно они послужили источником пирокластических выбросов общим объемом 11–28 миллионов кубических метров. Данные, собранные станцией InSight начиная с февраля 2019 года, показали, что Борозды Цербера ― это центр сейсмической активности, которую вызывают процессы в магматическом резервуаре у подошвы коры. Причиной появления такого резервуара может быть как очаговое плавление на границе мантии и утолщенной коры или в мелкомасштабной конвективной ячейке, так и нагрев от восходящего потока в мантии. Чтобы выяснить, как образуется магма под Бороздами Цербера, планетологи из Аризонского университета Адриен Броке (Adrien Broquet) и Джеффри Эндрюс-Ханна (Jeffrey Andrews-Hanna) привлекли геофизические и топографические данные. В основу модели они положили данные измерений гравитационных аномалий, учли наклон дна кратеров, а затем рассчитали поле напряжений коры в области Борозд Цербера. Для анализа распределения аномалий силы тяжести ученые использовали глобальную карту аномалий GMM-3, построенную на данных о колебаниях высоты орбит трех аппаратов ― MGS, Mars Odyssey и MRO. На этой карте был выбран участок равнины Элизий, протянувшийся в меридиональном направлении на достаточном удалении от массивной вулканической постройки, чтобы исключить ее вклад в аномалии. Оказалось, что профиль участка характеризуется положительной аномалией величиной до 50 миллигал. Эта аномалия отражает существование в коре крупной возвышенной структуры. Броке и Эндрюс-Ханна предположили, что своим возникновением она обязана мантийному плюму. Гал ― единица измерения ускорения в системе СГС, получившая название в честь Галилео Галилея. Гал равен одному сантиметру в секунду за секунду, и при расчетах аномалий силы тяжести гравиметристы используют именно эту единицу. Так что 50 миллигал составляют 5 × 10–4 метров в секунду за секунду. Исследователи промоделировали поднятие коры под воздействием плюма и получили результат, близкий к наблюдаемому рельефу в районе Борозд Цербера. Его топографические профили по направлениям север—юг и запад—восток показывают, что уровень поверхности здесь повышается примерно на километр относительно окружающей территории. О том, что поверхность равнины Элизий вздувается, говорит и наклон дна кратеров вблизи разломов. Большинство импактных структур в исследуемой области оказались сильно разрушены или недостаточно велики для того, чтобы можно было уверенно определить наклон. Однако ученые нашли три кратера диаметром более 30 километров, практически не затронутых эрозией. Они аппроксимировали гладкими поверхностями профили этих кратеров в направлении на центр аномалии и получили хорошее соответствие с моделью приподнятой плюмом коры. Расчет поля тектонических напряжений в этой модели показал, что кора в районе аномалии испытывает растяжение, а вокруг нее ― сжимается. Это сжатие носит глобальный характер и связано с остыванием Марса. Поэтому разломы Борозд Цербера находят объяснение только при введении плюма в модель напряжений. В его верхней части («голове») и в подошве литосферы возникают очаги плавления, и магма устремляется в ослабленные зоны коры, образуя дайковые интрузии. Разломы ― следствие этого процесса. Релаксация напряжений сопровождается марсотрясениями, что и подтверждают данные InSight. Броке и Эндрюс-Ханна оценили диаметр головы плюма в 3600–4000 километров, что сопоставимо с размерами аналогичных структур на Земле, а толщину― в 200–500 километров. Проекция центра на поверхность отстоит от эпицентров ближайших марсотрясений всего на 200 километров. Ограничения на толщину подпираемой плюмом коры установить пока трудно. Однако ученые указывают, что ее наращивание за счет внедрения интрузий необходимо учитывать при интерпретации данных сейсмографа SEIS на аппарате InSight. Его посадочная площадка расположена над головой плюма. Еще одна трудность в использовании данных InSight может возникнуть из-за того, что положительная термальная аномалия головы, которая должна составлять от 95 до 285 кельвин, локально понизит скорость поперечных сейсмических волн. Ранее N + 1 уже рассказывал, как InSight составил детальную схему подповерхностных слоев Марса и показал, что ядро Красной планеты крупнее, чем считалось ранее. А еще мы сообщали о том, как планетологи нашли в марсианской истории древнее взрывное извержение.