ПОЖАРЫ В БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСАХ СИБИРИ: ГАЗОВАЯ И АЭРОЗОЛЬНАЯ ДЫМОВАЯ ЭМИССИЯ И ЕЁ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ХИМИЧЕСКОЕ И ОПТИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО АТМОСФЕРЫ И ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЙ ТРЕНД Институт химической кинетики и горения СО РАН (Новосибирск) Сибирская государственная геодезическая академия (Новосибирск) Институт леса СО РАН (Красноярск) USDA Forest Service (Wei Min Hao, Steve Baker, Susan Conard) Canadian Forest Service (Douglas McRae, Tomas Blake) Germany (J. Tschiersch) USDA Forest Service 99-ICA-076 CRDF RBI-2416-KY-O2 NASA NRA-99-OES-06 Canadian Forest Service Гранты РФФИ, Интеграционные проекты СО РАН (2000 – н/в)
Распространение лесного пожара и его тепловые характеристики (Fire Behavior ) IF (Krasnoyarsk) Canadian Forest Service USDA Forest Service Биоэкологические аспекты лесных пожаров (Fire Severity and Post- Fire Monitoring) IF (Krasnoyarsk) SSGA (Novosibirsk)! USDA Forest Service Газовые и аэрозольные дымовые эмиссии (Gas and Particulate emissions ) IChKC (Novosibirsk) SSGA (Novosibirsk)! USDA Forest Service
Отбор образцов газовой и аэрозольной дымовой эмиссии, площадка 200 х 200 м
Дымовая аэрозольная эмиссия состоят из трех типов химических веществ: Минерально-почвенные вещества- почвенные частички, захваченные восходящими потоками горячего воздуха с «горящей почвы» и горящих «запыленных» растений и элементы, входящие в состав сгоревшей биомассы (калий, кальций, цинк, бром, железо, титан, кальций и другие). Органические вещества, характерные для химического состава растительности (термически разложившаяся целлюлоза, смолы, лигнины и т.п.). Элементный углерод (графит, сажа, black carbon) как результат глубокого обугливания органики.
Результаты: - Основная масса дымовой эмиссии (90-95%) заключена в частицах с размерами менее 3-5 мкм. Более того, большая часть эмиссии состоит из частиц менее одного микрона. Эти частицы состоят из органического вещества и элементного углерода (с примесью, менее 1%, калия в виде К2СО3 и еще 2-3 микроэлементов).
Mass size distribution of smoke aerosols sampled by a 5-stage cascade impactor
1st cascade, 40 μm, (visually) solid particlesRotary impactor, µm, solid particles 4th cascade, 3-7 µm, visually liquid particles (viscous, oily, resinous)
Некоторые результаты, представляющие особое значение: 1. Основное количество дымовой эмиссии состоит из частиц субмикронных и около- микронных размеров, что имеет значение для компьютерного климатического моделирования, поскольку именно тонкодисперсные «углеродные» частицы оказывают влияние на оптические свойства атмосферы и, следовательно, на атмосферный теплообмен с солнечным светом. 2. Значительная часть аэрозольного вещества образуется в виде полужидких (смолистых) около-микронных дымовых частиц, что позволяет предложить феноменологический механизм аэрозолеобразования при горении лесных горючих материалов.
Fires in SiberiaFires in North America (Cofer III, Andreae, Radke, Ward, Cachier, Echalar, Novakov) Wildfires in Siberia million ha5-7 Smoke concentration (at the height m) 50 mg/m3 ? Particulate smoke yield 1 -7 %1 - 10% (15%) Trace elements 3-15% (25%)5-15 % (40%?) (K, Ca, Fe, Zn, Mn, and others) Organic substance 50-80% 2/3 Elemental carbon 5-15%5-20% Biomass burned tons/ha25 tons/ha «Химический и дисперсный составы газовой и аэрозольной эмиссии сильно зависят от способности горючего материала к горению (от его сухости!) и от физических параметров горения (пламенное или тлеющее горение), но в меньшей степени от типа сгоревшей биомассы». Данные, измеренные для эмиссии от пожаров в сибирских лесах (10-15 млн. га ежегодно), повышают репрезентативность и обоснованность данных от пожаров в северо-американских лесах (3-7 млн. га). И наоборот, американские данные придают нашим данным дополнительную обоснованность. Взятые вместе, они предоставляют большой массив количественных и качественных данных по дымовой эмиссии от пожаров на огромной лесной территории Северного полушария.