Обсерватория Мауна-Лоа

Обсерватория Мауна-Лоа (англ. Mauna Loa Observatory, MLO) — научно-исследовательская станция, расположенная на северном склоне вулкана Мауна-Лоа на острове Гавайи (США). Специализируется на долгосрочном мониторинге состава атмосферы, включая концентрацию парниковых газов, аэрозолей и солнечной радиации. Основана в 1956 году, является частью Глобальной службы мониторинга атмосферы (GAW) Всемирной метеорологической организации. Известна прежде всего благодаря непрерывным измерениям концентрации углекислого газа (CO₂), которые легли в основу «Кривой Килинга» — одного из ключевых доказательств антропогенного изменения климата.

Географическое положение и климатические условия

Обсерватория находится на высоте 3397 метров над уровнем моря, в нескольких километрах к северу от вершины вулкана Мауна-Лоа. Расположение выбрано для минимизации влияния локальных источников загрязнения: станция находится выше инверсионного слоя, что обеспечивает доступ к чистому воздуху верхней тропосферы. Вулканическая активность Мауна-Лоа, хотя и представляет потенциальную угрозу для оборудования, редко влияет на измерения из-за преобладающих пассатных ветров, которые приносят воздух с Тихого океана.

Климат в районе обсерватории — высокогорный субтропический с низкой влажностью (в среднем 30–40 %) и малым количеством осадков (менее 200 мм в год). Среднегодовая температура составляет около 5 °C, с колебаниями от −5 °C зимой до 15 °C летом. Из-за удалённости от крупных городов и промышленных зон воздух в районе станции считается одним из самых чистых на планете, что делает её идеальным местом для фоновых атмосферных наблюдений.

История

Основание и первые годы

Идея создания высокогорной обсерватории для мониторинга атмосферы возникла в середине 1950-х годов в рамках Международного геофизического года (1957–1958). Американский метеоролог Чарльз Килинг, работавший в Океанографическом институте Скриппса, предложил установить на Мауна-Лоа приборы для непрерывного измерения концентрации углекислого газа. В 1956 году при поддержке Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) была построена первая станция.

Первые измерения CO₂ начались в марте 1958 года. Килинг и его коллеги использовали инфракрасный газоанализатор, разработанный в лаборатории Скриппса. Уже через несколько лет наблюдений была выявлена устойчивая тенденция к росту концентрации углекислого газа, а также её сезонная цикличность, связанная с фотосинтезом растений в Северном полушарии.

Развитие в 1960–1990-е годы

В 1960-х годах программа измерений была расширена: добавлены наблюдения за метаном, закисью азота, озоном и аэрозолями. В 1970-х годах обсерватория стала частью глобальной сети мониторинга атмосферы, созданной Всемирной метеорологической организацией. В 1980-х годах на станции начали проводить измерения солнечной радиации и прозрачности атмосферы, что позволило оценивать влияние вулканических извержений и антропогенных выбросов на климат.

В 1990-х годах обсерватория была модернизирована: установлены новые газоанализаторы с более высокой точностью, а также оборудование для измерения концентрации фреонов и других хлорфторуглеродов (ХФУ), способствующих разрушению озонового слоя.

Современный период

В 2000-х годах обсерватория Мауна-Лоа стала одной из ключевых станций в программе NOAA по мониторингу парниковых газов. В 2015 году на станции была установлена система для измерения концентрации углекислого газа с помощью лазерной спектроскопии, что позволило повысить точность данных. В 2022 году из-за извержения вулкана Мауна-Лоа работа станции была временно приостановлена, но после стабилизации ситуации наблюдения возобновились.

Научные исследования и оборудование

Основные направления

Обсерватория Мауна-Лоа проводит долгосрочный мониторинг следующих параметров:

• Концентрация парниковых газов: углекислый газ (CO₂), метан (CH₄), закись азота (N₂O), фреоны (ХФУ).
• Аэрозоли: физические и химические свойства взвешенных частиц, их влияние на радиационный баланс Земли.
• Солнечная радиация: прямая и рассеянная радиация, прозрачность атмосферы.
• Озон: приземный и стратосферный озон.
• Метеорологические параметры: температура, давление, влажность, скорость и направление ветра.

Оборудование

Станция оснащена несколькими типами приборов:

• Газоанализаторы: инфракрасные спектрометры для измерения CO₂, CH₄ и N₂O; газовые хроматографы для анализа фреонов.
• Аэрозольные счётчики: оптические и лазерные приборы для определения размеров и концентрации частиц.
• Пиранометры и пиргелиометры: для измерения солнечной радиации.
• Озонометры: для измерения концентрации озона в приземном слое.
• Метеостанция: автоматическая система сбора метеоданных.

Все приборы калибруются по международным стандартам, что обеспечивает сопоставимость данных с другими станциями глобальной сети.

Кривая Килинга

Наиболее известным результатом работы обсерватории является «Кривая Килинга» — график, показывающий рост концентрации углекислого газа в атмосфере с 1958 года. Кривая демонстрирует чёткую сезонную цикличность (максимум в мае, минимум в октябре) и устойчивый тренд к увеличению: с 315 ppm (частей на миллион) в 1958 году до 420 ppm в 2023 году. Эти данные стали одним из главных доказательств антропогенного изменения климата и используются в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).

Значение для науки и климатической политики

Данные обсерватории Мауна-Лоа имеют ключевое значение для:

• Моделирования климата: используются для калибровки климатических моделей и прогнозирования будущих изменений.
• Мониторинга выполнения международных соглашений: например, Киотского протокола и Парижского соглашения.
• Изучения глобальных биогеохимических циклов: углеродного, азотного и других.

Кроме того, станция служит эталоном для других атмосферных обсерваторий по всему миру, так как её данные считаются одними из самых точных и непрерывных.

Интересные факты

• Обсерватория Мауна-Лоа является одной из пяти станций, входящих в «Золотой треугольник» глобального мониторинга атмосферы (вместе с обсерваториями на мысе Грим (Тасмания), Барроу (Аляска), Самоа и Южном полюсе).
• В 1970-х годах на станции были обнаружены следы фреонов, что подтвердило их глобальное распространение и привело к принятию Монреальского протокола.
• Из-за высокой высоты и низкого давления воздуха персонал обсерватории часто испытывает симптомы горной болезни, поэтому на станции установлены системы подачи кислорода.
• В 2022 году извержение вулкана Мауна-Лоа привело к перекрытию дороги к станции, но все данные были сохранены благодаря автономному питанию и спутниковой связи.

Источники

• Keeling, C. D. et al. (1976). Atmospheric carbon dioxide variations at Mauna Loa Observatory, Hawaii. Tellus, 28(6), 538–551.
• NOAA Global Monitoring Laboratory. (2023). Mauna Loa Observatory: History and Science.
• World Meteorological Organization. (2022). Global Atmosphere Watch: Station Information System.
• Thoning, K. W. et al. (1989). Atmospheric carbon dioxide at Mauna Loa Observatory: 2. Analysis of the NOAA GMCC data. Journal of Geophysical Research, 94(D6), 8549–8565.