Хотя вид белых инверсионных следов на фоне ярко-голубого неба создает романтический образ авиации, по мнению ученых, существование этих белых следов также символизирует темную сторону полетов.

То, что когда-то считалось безобидными белыми полосами в небе, теперь рассматривается как видимое свидетельство более широкого воздействия авиации на климат.

В связи с недавним запуском операции «Голубое небо» — эксперимента, изучающего, могут ли небольшие изменения траекторий полетов уменьшить образование инверсионных следов, способствующих глобальному потеплению, — этот вопрос вновь оказался в центре внимания.

Но что же такое инверсионные следы, как они образуются и почему одни самолеты их создают, а другие нет? Более того, почему вокруг инверсионных следов поднялся такой шум, и почему авиакомпании пытаются предотвратить их образование?   

Взгляните на небо в оживленный день, и вы можете увидеть самолеты, оставляющие за собой длинные белые следы. Некоторые следы тянутся по небу часами, в то время как другие самолеты, кажется, не оставляют после себя ничего.

Эти полосы называются инверсионными следами, или конденсационными следами. Они являются обычным следствием полетов самолетов на большой высоте, но стали важной проблемой в борьбе с изменением климата.

Причина, по которой одни самолеты оставляют инверсионные следы, а другие нет, в основном связана с атмосферой. Тип самолета, его двигатели и маршрут полета также имеют значение, но температура и влажность на крейсерской высоте особенно важны.

В настоящее время ученые уделяют пристальное внимание инверсионным следам, поскольку при определенных условиях они могут оказывать глобальное потепление. Именно поэтому авиакомпании и исследователи изучают способы предотвращения их образования.

Инверсионный след образуется при сгорании топлива в турбинном двигателе. Как и любой процесс сгорания, он производит выхлопные газы, включая углекислый газ и водяной пар.

На крейсерской высоте, часто около 30 000–40 000 футов, окружающий воздух может быть чрезвычайно холодным, иногда ниже -40°C. Когда горячие, влажные выхлопные газы двигателя смешиваются с этим замерзшим воздухом, водяной пар может конденсироваться и замерзать, образуя мельчайшие кристаллы льда.

Эти ледяные кристаллы образуют знакомую белую линию позади самолета. Однако во многих случаях след сохраняется недолго. Если окружающий воздух относительно сухой, ледяные кристаллы быстро испаряются или сублимируются обратно в водяной пар. Инверсионный след может исчезнуть в течение нескольких секунд или минут.

Авиакомпании уже планируют полеты, учитывая погодные условия, воздушное движение и топливную эффективность. Если метеорологические прогнозы позволят определить районы, где высока вероятность образования устойчивых инверсионных следов, самолету могут быть даны указания лететь немного выше (или ниже) или выбрать немного другой маршрут. Цель будет заключаться в том, чтобы избегать небольших участков атмосферы, где инверсионные следы, вероятно, будут сохраняться.

Этот подход иногда называют предотвращением образования инверсионных следов. Он не означает предотвращение каждого белого следа в небе. Большинство инверсионных следов быстро исчезают и не оказывают длительного воздействия. Вместо этого основное внимание уделяется избеганию относительно небольшого числа полетов и атмосферных условий, ответственных за образование устойчивых инверсионных следов.

Проблема заключается в том, что авиация — это огромная и высоко скоординированная система. Изменение высоты или маршрута может повлиять на расход топлива, время полета, управление воздушным движением и работу других воздушных судов.

Если самолет сжигает значительно больше топлива, чтобы избежать инверсионного следа, дополнительные выбросы углекислого газа могут уменьшить или даже перевесить пользу для климата.

По этой причине исследователи пытаются определить, когда небольшое изменение в полете действительно может снизить общее потепление. Достижения в области прогнозирования погоды, моделирования атмосферы и спутниковых наблюдений делают это все более возможным.

Авиакомпании также начинают проверять эту идею в реальных условиях эксплуатации. В некоторых испытаниях использовались прогнозы погоды для выявления потенциальных зон образования инверсионных следов, а затем сравнивались рейсы, которые облетали эти зоны, с рейсами, которые следовали по обычным маршрутам.

Впоследствии исследователи могут изучить спутниковые снимки, чтобы проверить, действительно ли образовались ожидаемые инверсионные следы.

Эти эксперименты важны, потому что одних только компьютерных моделей недостаточно, чтобы ответить на все вопросы. Учёным необходимо понимать, как часто образуются стойкие инверсионные следы, как долго они сохраняются, насколько широко распространяются и как сильно влияют на климат. Им также необходимы надёжные методы для их прогнозирования до взлёта самолёта.

Есть еще одна причина, по которой авиакомпании заинтересованы: предотвращение образования инверсионных следов потенциально может принести пользу климату при использовании существующих самолетов. Замена мирового коммерческого флота — это масштабное и дорогостоящее мероприятие.

Разработка экологически чистого авиационного топлива, водородных или электрических самолетов может занять десятилетия, особенно для дальних перелетов. Поэтому изменение маршрутов полетов самолетов может стать относительно быстрым инструментом.

Однако предотвращение образования инверсионных следов не является полным решением климатической проблемы авиации. Самолеты будут продолжать выделять углекислый газ при сжигании ископаемого топлива, и сокращение этих выбросов остается крайне важным.

Инверсионные следы лучше всего рассматривать как одну из составляющих более широкого экологического следа авиации.

Существуют также важные неопределенности. Не каждый устойчивый инверсионный след вызывает одинаковый эффект потепления, а атмосферные условия могут быстро меняться. Точно предсказать место образования инверсионного следа сложно.

Также возникают вопросы о том, насколько авиакомпании должны быть готовы изменять маршруты, как следует измерять пользу для климата и кто должен оплачивать любые дополнительные операционные расходы.

Тем не менее, основные научные принципы ясны: инверсионные следы образуются, когда выхлопные газы самолетов сталкиваются с достаточно холодным и влажным воздухом, и их сохранение во многом зависит от атмосферных условий.

Вот почему один самолет может оставлять за собой яркий белый след, в то время как другой, пролетающий рядом, практически ничего не оставляет.

Растущий интерес к предотвращению образования инверсионных следов отражает более масштабные изменения в авиации. Сокращение выбросов больше не сводится к простому повышению топливной эффективности двигателей.

Исследователи изучают все действия самолета в атмосфере, включая временные, косвенные или труднозаметные эффекты.

Эти белые полосы позади самолетов могут выглядеть безобидными, и большинство из них недолговечны. Но при определенных атмосферных условиях они могут превратиться в облака, влияющие на климат Земли.

Если авиакомпании смогут достаточно точно прогнозировать эти условия, то небольшое изменение траектории полета может предотвратить часть потепления.

Поэтому в будущем небо может выглядеть несколько иначе – не потому, что самолеты перестали летать, а потому, что пилоты и специалисты по планированию полетов стали лучше понимать, куда не следует летать.

Система предотвращения образования инверсионных следов вряд ли сама по себе решит климатическую проблему авиации, но она может стать одним из полезных инструментов наряду с более чистым топливом, более эффективными самолетами и долгосрочными усилиями по сокращению выбросов углекислого газа.