систем ухода за насаждениями сопровождается изъятием 50–90% запасов под- стилок, что ведет к снижению их запасов и конвергенции свойств подстилок насаждений, образованных деревьями разного вида, особенно в режиме регуляр- ного ухода. Изъятие части запасов подстилки выводит значительное количество органического вещества из экосистем, снижая замкнутость круговорота в город- ских условиях.
Литература
1. Строганова М.Н., Рапопорт А.В. Антропогенные почвы ботанических садов крупных городов южной тайги // Почвоведение. 2005. № 9. С. 1094–1101.
2. Семенюк О.В., Ваганова М.А. Характеристика растительного покрова как важнейшая составляющая комплексных почвенно-экологических исследований исторических парков //
Бюллетень Московского общества испытателей природы. 2016. Т. 12, вып. 4. С. 32–42.
3. Богатырев Л.Г. О классификации лесных подстилок // Почвоведение. 1990. № 3. С. 118–
127.
4. Семенюк О.В., Богатырев Л.Г., Ваганова М.А. Характеристика подстилок парковых насаждений исторических ландшафтов на примере музея-усадьбы «Архангельское» // Бюлле- тень Московского общества испытателей природы. 2017. Т. 122, вып. 5. С. 37–49.
Litters features of functioning in urban ecosystem green spaces in relation to care character
V.M. Telesnina , O.V. Semenyuk, L.G. Bogatyrev
In urban landscapes, biological cycle of substances is intensive , it evidenced by the predominance of low-power destructive litters. The application of green spaces care is accompanied by the withdrawal of 50–90% of litter stocks, which leads to a decrease in their stocks and the convergence of the properties of litter stands formed by trees of different types. Removing part of the litter stock removes a significant amount of organic matter from ecosystems, reducing the closed cycle in urban conditions.
УДК 645.01.631
Влияние черного углерода на деградацию ледникового
обзор литературы, посвященный влиянию черного углерода на деградацию снежного и ледяного покрова полярных регионов, на примере Антарктиды и горных регионов, на примере Центрального Кавказа.
Ключевые слова: светопоглащающие аэрозоли, альбедо, снежный покров, Ан- тарктида, Центральный Кавказ.
Многие авторы считают светопоглощающие аэрозоли наиболее важным фактором, приводящим к быстрому таянию снега и льда [1, 2]. В исследованиях светопоглощающих аэрозолей, чаще всего упоминается черный углерод. Черный углерод образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива, выбро- сов дизельных двигателей транспортного и промышленного назначения; выбросы в ходе процессов сжигания древесины и угля; выбросы промышленных производ- ственных процессов (металлургия и нефтехимия); выбросы при нефте- и газодобы- че, а также лесные пожары и сжигание сельскохозяйственных отходов [3, 4].
По мнению авторов [5, 6], черный углерод является вторым по величине искусственным источником глобального потепления и ускоряет таяние ледников после углекислого газа. Выпадая на снежный и ледяной покров, черный углерод приводит к их нагреву, увеличивая количество поглощенной солнечной энергии, уменьшая ее альбедо, что, в свою очередь, приводит к их таянию [1]. Изменения в поверхностном альбедо из-за черного углерода являются важным фактором в ускорении деградации ледников. Это чрезвычайно важно для полярных и горных районов, поскольку значение альбедо на снежных поверхностях в незагрязнен- ных условиях составляет 98%. При загрязнении отражается только от 90 до 97%.
Казалось бы, небольшое изменение, но даже такое увеличение количества по- глощенной солнечной энергии работает как ускоритель таяния льда и снега.
Наиболее выраженное глобальное потепление, которое сопровождается и сокра- щением ледникового покрова проявляется в полярных и горных регионах земли регионах. Исходя из этого, основная цель данной работы состояла в определении влияние черного углерода на деградацию льда и снега в полярных регионах на примере Антарктиды и горных регионах, на примере Центрального Кавказа.
Ледниковый покров Антарктиды, является неотъемлемой частью земного шара и играет важную роль для человечества. В настоящее время, поведение ледникового покрова в Антарктиде остается неясным и противоречивым. Ученые до сих пор спорят о том, сокращается или растет его масса. В 1956–1958 гг. ак- тивные исследования принесли сведения о режиме Антарктического ледникового покрова, и стало складываться мнение о превышении аккумуляции снега на Ан- тарктическом ледниковом щите над его расходом. Так, на первой карте аккуму- ляции снега в Антарктике, составленной в 1961 г., было убедительно показано превышение прихода снега над расходом льда [7]. То, что Антарктический ледя- ной щит увеличивается, утверждали и другие исследователи. Например, в работе [8], было показано, что чистый прирост составлял 112 миллиардов тонн льда в год с 1992 по 2001 г., а с 2003 по 2008 г. чуть замедлился и составил 82 миллиар- да тонн. Но эти данные противоречат официальным выводам оценочных докла- дов Межправительственной группы экспертов по изменению климата при ООН (IPCC), в которой утверждается, что средняя скорость сокращения массы льда Антарктического ледникового покрова увеличилась с 1992–2001 по 2002–2011 гг.
почти в 5 раз. Другие исследователи [9], также не согласны с вышеупомянутой работой и отмечают, что в период с 1992 по 2011 г. ледовые щиты Гренландии, Восточной Антарктиды, Западной Антарктики и Антарктического полуострова изменились по массе на –142, +14, –65 и –20 гигатонн в год–1, соответственно.
Таким образом, хотя есть противоречия в вопросе уменьшения или увеличения баланса массы льда в Антарктиде, но все же большинство придерживается мне- ния, что Антарктида все-таки тает. Но таяние снежного и ледяного покрова про- исходит не только из-за повышения температуры, но и различных светопогла- щающих веществ на их поверхности.
Антарктида традиционно считается самым экологически чистым регионом планеты, но наличие в антарктическом снеге различных органических веществ, в том числе и черного углерода, указывает на то, что альбедо материка снижается.
Первичными источниками черного углерода в южном полушарии является сжи- гание биомассы в Австралии, Южной Америке и Африке [10]. В работе [11] по- казано, что черный углерод, приносимый в Антарктиду из других частей света, не значительно влияет на таяние ледников. На то, что человеческая деятельность на самой Антарктиде, вносит значительными вклад в загрязнение черным угле- родом, указывается в работе проведенной в мае 2015 г. на восьми участках вдоль трансекты длиной 1,7 км от станции Палмер, Антарктида [12]. На антропогенное воздействие при повышении уровня концентрации черного углерода указывают и в работе, проведенной на двух местах Майтри и Ларсеманн Хиллз в Восточной Антарктиде, летом 2008–2009 гг. [13]. В ней показано, что концентрация черного углерода в Ларсеманн Хиллз, где вмешательство человека меньше, в 5 раза меньше чем на станции Майтри.
То, что черный углерод присутствует на льду и снеге в Антарктиде под- тверждены в перечисленных выше исследованиях. А о том, что содержание чер- ного углерода на снежных и ледяных поверхностях Антарктиды влияет на изме- нение альбедо и деградацию ледяного покрова говорится в работе [14]. В ней представлен количественный набор данных отражательной способности снега, измеренного и смоделированного альбедо, а также концентраций черного угле- рода и микроэлементов от чистого до сильно загрязненного выбросами снега на Антарктиде. Было выявлено, что альбедо варьировалось от 0,85 в нетронутом снеге до 0,62 в загрязненном снегу. Авторы выявили, что светопоглащающие частицы усиливают поглощение поверхности благодаря черному углероду и тем самым происходит интенсивное таяние снежного и ледяного покрова.
Впрочем, черный углерод вредит не только арктическим льдам, но и гор- ным ледникам. Эффект потепления по причине загрязнения снега и льда, прояв- ляется больше в горных областях, таких как Гималаи, Тибет, Кавказ и другие регионы с большой площадью ледников.
Кавказ – единственная горная система России, сведения, о ледниках кото- рой имеются, на конец XIX, начало XX и конец XX в., т.е. практически за столе- тие. Такие уникальные данные, позволили не только оценить изменение числа, площади, объема и длины ледников, но и проследить особенности деградации как отдельных ледников, так и ледниковой системы в целом. На Кавказе, как и в других горно-ледниковых районах, в последние несколько тысяч лет наблюдает-
ся устойчивая деградация оледенения, в результате чего происходит изменение числа, площади и объема ледников. На Центральном Кавказе расположен самый крупный горно-ледниковый массив России – Эльбрус. Огромное количество ин- формации о сокращении ледников Приэльбрусья имеются за период 1957–
2007 гг. За эти 50 лет площадь оледенения Эльбруса сократилась на 12,5 км2, или в среднем на 0,25 км2 в год. В общем же за весь период с 1887 по 2007 г., пло- щадь ледников Эльбруса сократилось со 147,5 км2 до 120км2 и составило 27,5 км2, а интенсивность сокращение в среднем 0,23 км2 в год. В настоящее вре- мя запасы льда и многолетних фирнов, накопленные во второй половине ХХ в., тают с небывалой прежде скоростью, а на значительной площади в зоне 3 700–
4 000 м они почти исчерпаны. Деградацию оледенения Кавказа отмечают за весь период наблюдений, практически все авторы [15, 16].
То, что дегляциация ледников Кавказа идет полным ходом, что было указа- но выше, и их географическое расположение делает это регион, особенно интерес- ным для исследований их загрязнения различными аэрозолями и в том числе чер- ным углеродом. Для высокогорных ледников Кавказа данные о содержании мик- рочастиц впервые были опубликованы в 1969 г. [17]. В работе приводились данные полученные из ледников на высоте 4 600 м на горе Казбек. В 1970–1990-х гг. на ледниках Центрального Кавказа и Эльбруса проводились исследования уровня концентрации антропогенных и естественных аэрозолей, химических соединений и микроэлементов. Авторами [18] были исследованы образцы из снежных шур- фов и керна, пробуренных на Эльбрусе в 2009, 2012 и 2013 гг., в которых было обнаружено, что в результате переноса минеральных частиц, на ледниках Кавка- за формируются загрязненные горизонты. Выявлено, что загрязнения поступили на ледники Эльбруса с Ближнего Востока, Северной Африки, а также из сельско- хозяйственных районов в Месопотамии.
Что касается изучения черного углерода на ледниках Центрального Кавка- за, то в исследовании [19], была представлена первая работа, посвященная этому вопросу на этой территории. Данные были получены из ледяных кернов, пробу- ренных на высокогорной (5 115 м над ур. мо.) площадке Эльбруса. В работе представлены данные, показывающие изменения массовых концентраций и раз- меров черного углерода, охватывающий период с 1825 по 2013 г. Было выявлено, что наибольшее влияние на количество черного углерода, оказали выбросы в Во- сточной Европе. В работе показано, что в первой половине ХХ в., антропогенные выбросы из Европы привели к увеличению концентраций черного углерода на Эльбрусе, в 1,5 раза по отношению к его уровню в доиндустриальную эпоху (до 1850 г.). Большая временная изменчивость в их массовых концентрациях наблю- далась как сезонно, так и ежегодно. Исследования показали, что летние концен- трации увеличились в 5 раз, а зимние в 3,3 раза в период с 1960 по 1980 г. Затем наступил спад до 2000 г., а затем небольшое увеличение произошло снова после 2000 г. Интересные данные были получены из слоя керна за 2003 г., они показали присутствие максимальной концентрации и более крупных частиц черного угле- рода в этом году. В свою очередь, другие исследователи [20], также работавшие с этим керном отмечали, что именно в 2003 г. происходило наиболее интенсивное таяние снега. Исходя из этого, можно предположить, что информация о концен-
трациях и размерах частиц может предоставить важную информацию, необходи- мую для определения таяния льдов и снега на ледниках под воздействием черно- го углерода.
В заключение хотелось бы отметить, что столь большое внимание, уделяе- мое исследованию черного углерода указывает, на важнейшую роль, которую он играет в деградации ледников и вообще в климатических изменениях и что его всестороннее изучение крайне необходимо, особенно в полярных и горных реги- онах Земли.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 19-05- 50107.
Литература
1. Clarke, A.D., Noone, K.J. 1985. Soot in the Arctic snowpack: a cause for perturbations in radi- ative transfer. Atmos. Environ. 19:2045-2053.
2. Flanner, M., Zender, C., Randerson, J., Rasch, P. 2007. Present-day climate forcing and re- sponse from black carbon in snow. J. Geophys. Res.112: D11202.
3. Stier, P., Seinfeld, J.H., Kinne, S., Feichter, J., Oucher, O. B. 2006. Impact of nonabsorbing an- thropogenic aerosols on clear-sky atmospheric absorption. Journal of Geophysical Research:
Atmospheres 111, D18201.
4. Смирнов Н.С., Коротков В.Н., Романовская А.А. Выбросы черного углерода от природ- ных пожаров на землях лесного фонда Российской Федерации в 2007–2012 гг. // Метеорология и гидрология. 2015. № 7. С. 5–17.
5. Jacobson, M.Z. (2001). Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in at- mospheric aerosols. Nature. 409:695-697.
6. Bond, T.C., Doherty, S.J., Fahey, D.W., Forster, P.M., Berntsen, T., DeAngelo, B.J., Flanner, M.G., Ghan, S., Kärcher, B., Koch, D., Kinne, S., Kondo, Y., Quinn, P.K., Sarofim, M.C., Schultz, M.G., Schulz, M., Venkataraman, C., Zhang, H., Zhang, S., Bellouin, N., Guttikunda, S.K., Hopke, P.K., Jacobson, M.Z., Kaiser, J.W., Klimont, Z., Lohmann, U., Schwarz, J.P.,Shindell, D., Storelvmo, T., Warren, S.G., Zender, C.S. 2013. Bounding the role of black carbon in the climate system: A sci- entific assessment. J. Geophys. Res. Atmos. 118(11):5380-5552.
7. Котляков В.М. Интенсивность питания ледникового покрова Антарктиды // МГИ. Хро- ника, обсуждение. 1961. Вып..1. С..53–58.
8. Zwally, J.H., Li, J., Robbins, J.W., Saba, J.L., Yi, D., Brenner, A.C. 2015.Mass gains of the Antarctic ice sheetsexceeded losses. Journ. ofGlaciology. 61(230):1019–1036.
9. Shepherd, A., Ivins, E., Rignot, E. 2018. Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017. Nature 558:219–222.
10. Hara, K., Sudo, K., Ohnishi, T., Osada, K., Yabuki, M., Shiobara, M., Yamanouchi, T. 2019.
Seasonal features and origins of carbonaceous aerosols at Syowa Station, coastal Antarctica. Atmos.
Chem. Phys. 19:7817–7837.
11. Khan, A. L., McMeeking, G. R., Schwarz, J. P., Xian, P., Welch, K. A., Berry Lyons, W., &
McKnight, D. M. 2018. Nearsurface refractory black carbon observations in the atmosphere and snow in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica, and potential impacts of foehn winds. Journal of Geophysi- cal Research: Atmospheres 123:2877–2887.
12. Khan, A.L., Klein, A.G., Katich, J.M., Xian, P. 2019. Local Emissions and Regional Wildfires Influence Refractory Black Carbon Observations Near Palmer Station, Antarctica. Front. Earth Sci.
7:49.
13. Chaubey, J.P., Moorthy, K.K., Babu, S.S., Nair, V.S., Tiwari, A. 2010.Black carbon aerosols over Antarctica and its scavenging by snow during the southern hemispheric summer. J. Geophys.
Res. 115, D10210.
14. Casey, K. A., Kaspari, S. D., Skiles, S. M., Kreutz, K., and Handley, M. J. 2017. The spectral and chemical measurement of pollutants on snow near South Pole, Antarctica. J. Geophys. Res. At- mos. 122:6592–6610.
15. Рототаева О.В., Носенко Г.А., Хмелевской И.Ф., Тарасова Л.Н. Балансовое состояние ледника Гарабаши (Эльбрус) в 80-х и 90-х годах XX столетия // МГИ. 2003. Вып. 95. С. 111–
121.
16. Золотарёв Е.А., Харьковец Е.Г. Эволюция оледенения Эльбруса после малого леднико- вого периода // Лёд и Снег. 2012. № 2 (118) стр15-22
17. Davitaya F.F. Dust content as a factor affecting glaciation and climatic change // Ann. Assoc.
Amer. Geogr. 1969. V. 59. № 3. P. 552–560.
18. Кутузов С.С., Михаленко В.Н., Шахгеданова М., Жино П, Козачек А.В., Лаврентьев И.И., Кудерина Т.М., Попов Г.В. Пути дальнего переноса пыли на ледники Кавказа и химиче- ский состав снега на западном плато Эльбруса // Лед и снег. 2014. № 3(127). С. 5–15.
19. Lim, S., Faïn, X., Ginot, P., Mikhalenko, V., Kutuzov, S., Paris, J.-D., Kozachek, A., and Laj, P.: Black carbon variability since preindustrial times in the eastern part of Europe reconstructed from Mt. Elbrus, Caucasus, ice cores, Atmos. Chem. Phys. 2017. 17. 3489–3505.
20. Kozachek, A., Mikhalenko, V., Masson-Delmotte, V., Ekaykin, A., Ginot, P., Kutuzov, S., Legrand, M., Lipenkov, V., and Preunkert, S. Large-scale drivers of Caucasus climate variability in meteorological records and Mt Elbrus ice cores, Clim. Past Discuss. 2016.
The effect of black carbon on the degradation of the ice sheet of the polar and mountainous regions of the Earth
R.Kh. Tembotov, E.V. Abakumov, V.I. Polyakov
Black carbon is one of the short-lived climatically significant factors. This term refers to climate-forming substances that are located for a short amount of time in the atmosphere – from several days to several years. Black carbon is the product of incomplete combustion of fossil fuels, volcanic eruptions and wildfires. It is a strong light-absorbing component. It is a solid particle, mainly consisting of pure carbon, which absorbs solar radiation at all wavelengths. Black carbon is the most active part of suspended particles, absorbing solar radiation, and the main component of ash, which consists of carbon particles with impurities and contains organic carbon.
Black carbon is the second largest artificial contributor to global warming and speed up the melting of glaciers after carbon dioxide. The work presents a review of the literature on the effect of black carbon on the degradation of snow and ice cover of the Polar Regions, on example of Antarctica and mountain regions on Central Caucasus.