Динамика атмосферного кислорода: от глобальных трендов к качеству воздуха в Москве

Содержание кислорода в атмосфере в последние столетия, казалось бы, стабильная величина. Однако в мировом научном сообществе есть целые группы, которые подробно изучают динамику содержания кислорода в атмосфере. И причин несколько: 1. Даже небольшие колебания величины содержания кислорода отражают динамику углекислого газа, а значит и изменение баланса углерода. 2. Даже малые изменения содержания кислорода во вдыхаемом воздухе оказываются весьма чувствительными для людей, особенно во время волн жары, которые учащаются и усиливаются в условиях быстрого изменения климата.

- Данные наблюдений с конца 1980-х гг. фиксируют неуклонное снижение концентрации атмосферного кислорода. В глобальном масштабе этот спад незначителен — уменьшение его доли на 1% займет более 600 лет. Основной сток связан со сжиганием ископаемого топлива (преимущественно в Восточной Азии, Индии, Северной Америке и Европе) и масштабными лесными пожарами (в Центральной Африке). При этом на фоновых территориях, удаленных от мегаполисов и очагов горения, уровень кислорода остается стабильно комфортным даже при неблагоприятных синоптических условиях, и в ближайшие десятилетия эта картина существенно не изменится.

-С медицинской точки зрения критически важна объемная концентрация кислорода — количество его молекул, поступающих в легкие при каждом вдохе. На этот показатель влияет не только долгопериодный сток кислорода, обусловленный сжиганием ископаемого топлива, но и гидротермический режим атмосферы. При повышении температуры интенсивность испарения возрастает, рост содержания влаги в воздухе приводит к физическому вытеснению других газов, снижая объемную долю азота и кислорода в единице объема. Наиболее отчетливо этот эффект проявляется в условиях крупных городов, где термический режим и высокая антропогенная нагрузка приводят к падению содержания кислорода до неблагоприятного уровня.

-Измерения концентрации кислорода проводятся и в Москве. Они начались в еще в начале XXI в., а с середины 2016 г. ведутся регулярные измерения на трех автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА) ГПБУ “Мосэкомониторинг”, а именно МАДИ, Черемушки и Туристская, которые расположены в разных районах города как вблизи автомагистралей, так и на территории жилой застройки. Среднее за 5 лет наблюдений измеренное значение концентрации кислорода в приземном воздухе Москвы составляет 20.70 ± 0.12%. Содержание кислорода в приземном воздухе максимально в холодные месяцы и минимально – в теплые, что отражает сезонный ход температуры воздуха.

Концентрацию кислорода можно не только измерять, но рассчитывать, например, в зависимости от атмосферного давления, температуры и влажности воздуха. Однако такой расчет дает надежные результаты только в холодный период. Летом, в вегетационный сезон, корреляция между расчетами и наблюдениями почти отсутствует из-за неучтенных потоков кислорода на границе «поверхность — атмосфера» (влияние почвы и растительности). В результате расчетные методы не фиксируют реальное летнее снижение содержания кислорода в приземном воздухе городов до неблагоприятного с медицинской точки зрения уровня, что подтверждает необходимость прямого инструментального мониторинга.

Подробнее об измерениях и изменчивости содержания кислорода в атмосфере можно прочитать в следующих статьях сотрудников ИФА и Мосэкомониторинга:
-Содержание кислорода в атмосфере крупных городов и проблемы дыхания // Геофизические процессы и биосфера
-Изменения содержания кислорода в городском воздухе под воздействием природных и антропогенных факторов // Известия РАН. Физика атмосферы и океана
-Исторические и современные тренды содержания кислорода в атмосфере // Известия РАН. Физика атмосферы и океана