Значительное образование следов самолётов при низких уровнях выбросов сажи

Почему следы за самолётами имеют значение

Когда вы смотрите наверх и видите, как реактивный самолёт режет яркую белую полосу по небу, вы наблюдаете одно из крупнейших некарбоновых вкладов авиации в изменение климата. Эти полосы, называемые конденсационными следами (контрэйлс), могут растекаться в тонкие облачные слои, задерживающие тепло в атмосфере. Авиакомпании и производители двигателей полагали, что новые, более «чисто горящие» двигатели, которые практически не выбрасывают сажу, также будут давать намного меньше следов. Это исследование внимательно и в реальных условиях проверяет это предположение — и показывает, что всё не так просто.

Новые двигатели, неожиданные облака

Исследователи следовали за Airbus A321neo, оснащённым современными двигателями с «бедным» сгоранием, которые разработаны для более тщательного смешения топлива и воздуха и уменьшают загрязнение сажей примерно в тысячу раз по сравнению с более старыми конструкциями. Второй исследовательский самолёт летел всего в нескольких десятках метров позади авиалайнера, чтобы измерять частицы и газы в свежих выхлопах, а затем — через несколько километров по ветру, где конденсационные следы полностью сформировались. Команда тестировала ряд топлив: стандартное реактивное топливо, полностью биосодержащее топливо и смеси с точно подобранными количествами серы и ароматических соединений.

Чище выхлопы, но по‑прежнему много кристаллов льда

Двигатели с бедным сгоранием показали себя как заявлено в отношении сажи. В крейсерных условиях они выделяли примерно в тысячу раз меньше твердых сажевых частиц, чем в режиме «богатого» сжигания, и значительно меньше, чем многие старые двигатели. Но когда учёные посчитали кристаллы льда в зрелых конденсационных следах, они обнаружили очень большие числа — до миллиона миллиардов ледяных частиц на килограмм топлива, сопоставимые или лишь немного ниже значений, наблюдавшихся за двигателями с большим содержанием сажи. Другими словами, драматическое сокращение сажи не привело к аналогичному уменьшению числа ледяных кристаллов в следах и, следовательно, само по себе вряд ли принесёт существенное снижение потепления, связанного со следами.

Невидимые пары берут верх

Чтобы понять, откуда в таком низкосажевом выхлопе берётся столько кристаллов льда, команда измеряла и моделировала общее число частиц, включая крошечные летучие частицы, которые образуются из газов по мере охлаждения выхлопа. Они показали, что при дефиците сажи берут верх другие компоненты. Сера в топливе может окисляться с образованием серной кислоты, которая затем нуклеирует в новые сульфатные частицы. Органические соединения из топлива и пары из моторного масла также могут образовываться или покрывать частицы. По мере смешивания струи выхлопа с холодным влажным воздухом эти многочисленные мелкие частицы растут в жидкие капли, а затем замерзают, порождая плотные следы даже при малом содержании сажи.

Рецепт топлива и масло двигателя как рычаги климата

Поскольку эти летучие частицы так важны в низкосажевом режиме, имеют значение их источники. Когда исследователи сравнили стандартное реактивное топливо со смесью с пониженным содержанием серы, они обнаружили, что число ледяных кристаллов в следах при схожих атмосферных условиях снизилось примерно в три раза. Использование ультранизкосерного, малоароматического биосодержащего топлива в моделированиях уменьшило число кристаллов примерно на порядок. Тем не менее и тогда следы не исчезли: сопоставления модели с данными указывают на пары моторного масла и органические остатки топлива как на продолжающиеся источники «зародышей» частиц. Во всех режимах работы двигателей и при любом топливе общее число частиц (сажи плюс летучие) было тесно связано с числом образованных ледяных кристаллов.

Что это означает для будущих полётов

Для неспециалиста главное сообщение таково: простое создание двигателей, которые сгорают топливо более чисто, недостаточно для решения проблемы конденсационных следов авиации. Двигатели с бедным сгоранием резко сокращают сажу, но другие, более тонкие частицы берут на себя роль образования ледяных кристаллов, сохраняя значимое потепление, вызванное следами. Исследование показывает, что тонкая настройка топлива — особенно снижение содержания серы и некоторых ароматических компонентов — и переработка схем вентиляции моторного масла могут значительно уменьшить число ледяных кристаллов в следах и, следовательно, их климатическое влияние. Поскольку конденсационные следы длятся всего несколько часов, любое сокращение их образования будет немедленно оказывать охлаждающий эффект на планету, предлагая быстрый рычаг наряду с долгосрочным сокращением выбросов CO2. Эта работа сокращает научную неопределённость вокруг следов и указывает путь к топливам и двигателям, которые позволят перевозить людей и грузы, накладывая меньшую тень на климат.

Цитирование: Voigt, C., Märkl, R., Sauer, D. et al. Substantial aircraft contrail formation at low soot emission levels. Nature 652, 112–118 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10286-0

Ключевые слова: авиационные конденсационные следы, двигатели с бедным сгоранием, устойчивое авиационное топливо, аэрозольные частицы, влияние на климат