Уникальный прибор дебютирует в Антарктиде
Репутация главного загрязнителя атмосферы, которую заслужил этот ядовитый оранжево-коричневый газ — диоксид азота, заставляет относиться к нему предельно внимательно. Составляя не более 8 % в объеме вредных веществ, выбрасываемых в воздух транспортом и промышленностью, по силе токсичного воздействия и активности участия в фотохимических реакциях он превосходит все остальные загрязнители вместе взятые. Именно диоксид азота, содержащийся в воздухе, казалось бы, в ничтожно малых концентрациях, играет ключевую роль в образовании губительных кислотных дождей и уменьшении спасительного озонового слоя планеты.
В то же время отследить перемещение «вредителя № 1», чтобы иметь правильное представление о его превращениях и распределении в атмосфере, крайне сложно. Современные газоанализаторы быстро и точно фиксируют его содержание в любой точке: на вершине заводской трубы, в цеху, на улице, а спутники, вооруженные датчиками, рисуют «крупными мазками» планетарную картину его распространения. Но более полезную для экологов, климатологов и геофизиков информацию «среднего масштаба» можно собрать только при дистанционном мониторинге нижних слоев атмосферы с земли. Хотя, конечно, не составило бы труда и летающую лабораторию поднять в воздух. Правда, обходится это удовольствие очень дорого, так что не налетаешься.
Поэтому вот уже несколько лет, как ведущие страны мира организовали специальную сеть наблюдения за диоксидом азота с помощью стационарной спектральной аппаратуры и постоянно публикуют информацию о результатах мониторинга. Беларусь на этих цветных картах, увы, пока выглядит черным пятном, так как, несмотря на то, что ежедневные наблюдения в нашей стране проводятся с 2010 года, у нас нет регулярного обмена данными с зарубежными учеными, поскольку используемая белорусскими физиками аппаратура не вполне соответствует предъявляемым требованиям.
Но такая ситуация, судя по всему, продлится недолго. Национальным научно-исследовательским центром мониторинга озоносферы, действующим в Белорусском государственном университете, при поддержке Института физики атмосферы Российской академии наук уже создан новый оригинальный спектральный прибор для наблюдения за диоксидом азота. Сейчас эта аппаратура, которая, если быть точным, называется всепогодный спектральный модуль измерителя NO2 с многопозиционной системой ввода излучения, проходит международную калибровку в Германии в Химическом институте имени Макса Планка и после получения сертификата соответствия международным стандартам вскоре вернется в Минск. По результатам этих сравнений планируется совместная статья, а также регулярный обмен данными измерений в Беларуси.
— Правда, прежде чем спектральный модуль начнет использоваться для мониторинга атмосферы в Беларуси, он побывает в Антарктиде, — говорит разработчик прибора младший научный сотрудник ННИЦ мониторинга озоносферы, аспирант физического факультета БГУ Илья Бручковский. — Я туда отправляюсь в ноябре этого года в составе белорусской экспедиции и очень надеюсь, что он поможет внести ясность в картину распространения диоксида азота над этим континентом. Там своеобразное распределение атмосферных слоев, температуры, давления, и мы рассчитываем узнать, как на все это влияет объект нашего интереса. Подобная аппаратура в Антарктиде будет использована впервые, и это придает нашей миссии особый вес. В отличие от лидаров — лазерных локаторов, собирающих информацию о составе атмосферы с помощью отраженных импульсов и требующих безоблачного неба, наш спектральный модуль относится к классу приборов пассивного дистанционного зондирования и может работать практически в любую погоду. Он регистрирует спектральную яркость участков небесной сферы, на которые направлен его объектив, и способен выделить из этого сигнала только то, что нужно. При этом с высокой точностью рассчитывается распределение диоксида азота по высоте, так как множественные замеры проводятся при различных углах возвышения телескопа. Наиболее чувствителен он в приземном слое воздуха — до высоты 5—6 километров, где и находится основная масса диоксида азота, а в сумерках способен проводить измерения и в более высоких слоях тропосферы.
В отличие от зарубежных аналогов, белорусский прибор не имеет оптоволоконного световода, по которому сигнал доставляется от приемного устройства к спектрографу, что позволяет значительно снизить уровень «шума» и увеличить временное разрешение проводимых измерений. Кроме того, поскольку оптоволокно частично поглощает ультрафиолетовую область спектра, то зарубежные приборы нельзя в полной мере использовать для определения малых газовых составляющих в ультрафиолетовой области, а созданная в БГУ аппаратура такого недостатка лишена. Поэтому в планы исследователей входит также распространение мониторинга и на озоновый слой атмосферы, который очень чутко реагирует на присутствие диоксида азота.
Кстати, перед отправкой своего спектрального модуля в Германию ученые БГУ провели с его помощью пробные измерения содержания диоксида азота в атмосфере, причем не только над Минском, но и в районе озера Нарочь. Оказалось, что по содержанию этого газа столичный воздух в 5 раз грязнее нарочанского, хотя по запаху мы этого определить не можем. Да, мы чувствуем, что воздух в городе менее свежий, но такой вывод делаем потому, что улавливаем присутствие других загрязнителей. А диоксид азота при той ничтожно малой концентрации, в которой он находится в воздухе, обонятельные рецепторы попросту не воспринимают.
— Проводить измерения содержания диоксида азота в атмосфере различных регионов страны очень важно, так как этот газ короткоживущий, быстро преобразуется в другие химические соединения, на которые липнут некоторые аэрозоли, поэтому то, что мы фиксируем, — преимущественно местного происхождения, — поясняет ведущий научный сотрудник ННИЦ мониторинга озоносферы, кандидат физико-математических наук Александр Красовский. — Стало быть, есть возможность не только констатировать загрязнение, но и принимать меры по отношению к источнику выбросов, который можно легко определить спектральным методом по шлейфу в атмосфере.
— В то же время с помощью используемого нами метода есть возможность фиксировать перенос продуктов превращения диоксида азота на очень большие расстояния, чтобы смоделировать поле распределения такого загрязнения над странами и континентами, — дополняет коллегу Илья Бручковский. — Думается, что после командировки в Антарктиду, во время которой, кроме получения важных геофизических результатов, будут отработаны методики применения нашего прибора и, если потребуется, усовершенствована его конструкция, нужно будет ставить вопрос о вхождении в Европейскую сеть мониторинга содержания диоксида азота в атмосфере. Необходимые для этого приборы мы в состоянии сами произвести, если на программу будут выделены средства, необходимые хотя бы для приобретения комплектующих.
На снимке: так спутник NOAA видит глобальное распределение диоксида азота на планете. Желтые и оранжево-коричневые цвета указывают на его высокие концентрации.
