Влияние дыма от лесных пожаров на климат изучают томские ученые

Эксперименты по изучению лесных и техногенных пожаров проводят томские ученые. Их задача – выяснить, как спрогнозировать распространение пожара и исследовать влияние дыма на окружающую среду и климат. Крупные лесные пожары – проблема не одного региона. Дымовые шлейфы от них могут распространяться на 5-6 тысяч километров, превращаясь иногда в задымление планетарного масштаба. К примеру, в прошлом году дым от лесных пожаров в Якутии доходил до республики Бурятия и Иркутской области, а двумя годами ранее из-за пожаров в разных регионах в дыму была вся Сибирь.

Исследования по изучению свойств разных видов дыма проводят ученые Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева СО РАН совместно с коллегами из Немецкого исследовательского центра по охране здоровья и окружающей среде и Ростокского университета (Германия). Эксперименты проводятся в Большой аэрозольной камере Института оптики атмосферы в Томске. Объем этой камеры почти две тысячи кубометров, в России подобных установок две – в Томске и в Обнинске. Данная камера позволяет моделировать различные явления, происходящие в атмосфере. Так, ученые уже проводили в ней эксперименты по созданию искусственного дождя и тумана.

«Уникальность камеры в ее размерах. Моделируя дымы разной природы, мы можем не только на начальном этапе дымообразования измерить их характеристики, но и посмотреть «временную развертку», то есть, понять, как меняются свойства дымов со временем, например, в течение нескольких суток»,

– рассказал в интервью программе «Час науки» старший научный сотрудник лаборатории оптики аэрозоля Института оптики атмосферы СО РАН Виктор Ужегов.

Кроме того, Большая аэрозольная камера позволяет изучить изменения, которые могут происходить, например, в атмосфере над Арктикой, если туда попадает дым от сибирских пожаров. Арктический регион сегодня считается главным индикатором климатических изменений, происходящих на планете. 

«В камере, представляющей собой самый большой в мире фотохимический реактор постоянного объема, проводится воссоздание фотохимических процессов, происходящих в атмосфере при горении биомасс. Мы моделируем изменения, которые могут происходить в арктической атмосфере с приходом дымов из Сибири, из Якутии, Красноярского края, Иркутской области. Понятно, что поступление большого количества дымового аэрозоля является сильным стрессом для природы в этом весьма уязвимом регионе. Загрязнение атмосферы частицами дымового аэрозоля неоднозначно и в некоторых случаях может приводить к охлаждению атмосферы, а в других, наоборот, к ее нагреву. Поэтому необходимо проводить комплексные исследования, чтобы понять и корректно обосновать, какое воздействие оказывают дымовые частицы на радиационный баланс Арктики»,

– рассказала младший научный сотрудник лаборатории оптики аэрозоля ИОА СО РАН Полина Зенкова. 

Изменения климата, пусть даже незначительные, могут оказывать серьезное влияние на жизнь людей. Например, привести к возникновению засухи, наводнений, пожаров, торнадо в тех местах, для которых эти явления нехарактерны. Дым от лесных пожаров влияет не только на климат, он оказывает негативное воздействие на окружающую среду и на здоровье людей. В изучении разных видов дыма важна не только химическая, но и физическая составляющая.

«С каждой долей градуса растёт частота опасных природных явлений. Например, в Новосибирске несколько лет назад зафиксировали такое явление, как тропический ливень. Это все про комфорт жизни людей. Дымы не развеиваются сами по себе, пока они существуют, в них идут химические процессы окисления, появляются органические вещества. Кроме того, дымы эволюционируют, меняется их состав, токсические и физические свойства. Большая аэрозольная камера – очень хороший фотохимический реактор, он большой, процессы в нем можно наблюдать долго. Если природный лесной пожар непредсказуем, то здесь, мы производим химические и огненные манипуляции четко и уверенны в результате»,

– рассказал старший научный сотрудник лаборатории лазерной фотохимии Института химической кинетики и горения имени В.В. Воеводского СО РАН Александр Козлов.

Во время эксперимента (фото Елены Астафьевой, предоставлено пресс-службой ИОА СО РАН).

Как остановить "огненный дождь"

Еще один огневой эксперимент томичей направлен на изучение переноса горящих и тлеющих частиц, их называют «огненным дождем». Эти исследования проводятся в кооперации Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева СО РАН и Томского государственного университета. Партнерство научных организаций возникло несколько десятилетий назад, когда в ТГУ была открыта лаборатория моделирования и прогнозов катастроф. Тогда ученые ИОА СО РАН обратились к университетским коллегам с предложением использовать инфракрасную диагностику разных видов пламени. 

«Мы пришли с оптическим инструментом. Сотрудники ТГУ, в основном, по пожарам работали с контактными инструментами, это, например, термопары, тепломеры и другие. Мы пришли с оптическими методами, они бесконтактные, дистанционные, не влияющие на пламя. С помощью инфракрасной диагностики мы получали новые параметры разных видов пламени, продуктов горения»,

– рассказал старший научный сотрудник лаборатории распространения волн ИОА СО РАН Владимир Рейно в интервью программе «Час науки». 

По словам ученых, частицы, которые образуются во время крупных лесных и техногенных пожаров, способны переноситься на несколько километров. Каждая из них может стать очагом нового возгорания. Такие пожары называют «пятнистыми», механизм их распространения, говорят ученые, до сих пор недостаточно изучен. 

«Наша задача связана с тем, чтобы проанализировать, что из себя представляют эти частицы, и какое количество частиц необходимо для того, чтобы инициировать очаг горения. И как понять, насколько продвинется очаг горения, в зависимости от его интенсивности»,

– рассказал старший научный сотрудник лаборатории прогнозирования состояния атмосферы ИОА СО РАН, зав. лабораторией ММФ ТГУ Денис Касымов в интервью программе «Час науки».  

Несколько лет назад сотрудники ИОА СО РАН сконструировали генератор горящих и тлеющих частиц. Установку назвали «Драконом», неофициально ученые зовут его Драконом Петровичем. Эта установка защищена двумя патентами. 

Генератор горящих и тлеющих частиц – «Дракон Петрович» (фото Александры Федосеевой, предоставлено пресс-службой ИОА СО РАН). 

Во время нового этапа проекта ученые выясняют, как ведут себя различные строительные конструкции во время «пятнистых пожаров». Результаты исследований помогут сформулировать требования к организации противопожарных мероприятий, а строители, в свою очередь, будут учитывать опасность «пятнистых пожаров» при проектировании вентиляции, крыш, придомовой территории.

«Чтобы повысить противопожарную защиту населенных пунктов, необходимо выяснить закономерности воспламенения и горения разных материалов. Наши эксперименты нацелены на оценку уязвимости конструкций из древесины для горящих и тлеющих частиц»,

– рассказал Денис Касымов.   

Исследования планируется продолжить в теплое время года в полевых условиях – на территории Базового экспериментального комплекса Института оптики атмосферы СО РАН. 

Подробнее о том, над чем работают томские ученые, можно узнать в программе "Час науки" на телеканале "Россия 24".