Что если мы скажем вам, что песок под ногами на побережье Америки может быть из пустыни в Африке? Да, это возможно благодаря пылевым бурям, способным перемещаться на сотни и тысячи километров. Однако одним песком, занесенным на другой континент, дело не обходится. Вместе с Павлом Салюком, заведующим лабораторией спутниковой океанологии и лазерного зондирования Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН, разбираемся, чем пылевые бури опасны для человека и природы и как можно помочь в борьбе с ними.
Что такое пылевые бури: земля и воздух
Пылевые, или пыльные, бури образуются из сгустков сухой почвы — и не обязательно песка. Под действием палящего солнца и в отсутствии влаги многие почвы способны высыхать и крошиться. Так образуется пыль, которую мощные воздушные потоки поднимают в верхние слои тропосферы и выше. Фронт бури может достигать высот до 3 км, а отдельные слои способны подниматься до 5-6 км и выше тропопаузы (до ~10 км).
Нагретый воздух легко проходит над более холодными и влажными атмосферными слоями, поэтому многотонные скопления пыли могут преодолевать океаны. И в оптимальных условиях это приносит пользу: сухие массы обогащают воду железом, удобряют почвы минералами. Но это только в оптимальных условиях, что нельзя сказать о современной экологической обстановке.
Иллюстратор: Валерия Шило
В России воздействие пылевые бури можно наблюдать в дальневосточном и южных регионах. Причем частицы могут прилететь к нам даже из пустынь северной Африки и Аравийского полуострова. Ведь чем выше пыль поднимается, тем дальше ее уносит. Так, теоретически, пылевой аэрозоль из Сахары может оказаться даже за Полярным кругом.
Какие от них последствия: локальный вред и глобальная польза
С середины прошлого века количество бурь увеличилось: например, в Сахаре их стало примерно в 10 раз больше. Многочисленные пылевые бури приносят большой вред экологии: разрушают экосистемы, меняют климат в регионах и становятся причиной техногенных катастроф. Особо мощные потоки воздуха и так способны менять рельеф регионов, а в засушливые периоды и уносить за собой верхний плодородный слой почвы. А вместе с пылью они приводят к ухудшению здоровья человека, смерти животных, гибели растений и снижению видимости, из-за чего, например, нарушается транспортная навигация.
Тем не менее без пылевых бурь не существовало бы того климата, к которому привыкло человечество. Песок путешествовал с воздушными потоками и до индустриальной эпохи, и будет после нее, ведь это закономерный природный процесс. Например, взвешенные твердые частицы в верхних слоях атмосферы рессивают солнечное излучение и участвуют в радиационном балансе. А пустынные территории отражают излишки дошедшего до поверхности Земли света, тем самым контролируя температуру планеты.
Как с ними борются: деревья, деревья и немного спутников
Для снижения скорости ветров традиционно создают лесополосы, а во избежание высыхания почвенного покрова чередуют на полях полосы многолетних трав и сельскохозяйственных культур. Однако чтобы понять, где их делать, нужно выяснить, куда и откуда стремятся пылевые потоки. И основной метод для решения этой задачи — анализ космических снимков. Так, крупные агрегаторы позволяют ученым бесплатно скачать огромное количество снимков, но исследователям не под силу их обработать в одиночку. И автоматизированных систем, которые бы могли помочь в этом, пока нет.
Как их исследуют: проект «Охотники за пылевыми бурями»
Существуют гидрометеорологические модели, которые помогают исследовать предсказывать, поднимется ли пыль в тех или иных регионах и куда ее понесут воздушные потоки. Однако подобным алгоритмам нужны входные данные, которые меняются день ото дня.
Долгосрочная цель ученых — создать автоматические алгоритмы анализа спутниковых снимков в реальном времени, которые бы позволить сделать прогнозирование пылевых бурь быстрее и эффективнее.
В ДВО РАН уже давно изучают атмосферные аэрозоли (системы, в которых по всему объему распределены взвешенные твердые частицы) различного типа: водный, солевой, пылевой, вулканический, индустриальный. И последнее время для своих исследовательских задач ученые стали использовать спутниковые методы, особенно в ситуациях, когда нужно за короткое время наблюдать различные природные явления на больших масштабах.
Коллектив объединенной лаборатории спутниковой океанологии и лазерного зондирования Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН
В своем проекте исследователи планируют собрать массив данных, который бы четко коррелировал с пылевыми бурями, — создать эталоны, которые в дальнейшем можно использовать для обучения нейросетей (сравнивают реальные изображения с эталонными) или создания более совершенных алгоритмов (строят прогнозы, рассчитывая физические показатели). Но чтобы собрать данные, нужно проанализировать спутниковые снимки и найти на них признаки бурь.
Выделив дни и локации, в которые по снимкам были зафиксированы бури, можно приступать к дальнейшей их идентификации. Так, спутники позволяют получать изображения в разных диапазонах спектра электромагнитного излучения. Например, ультрафиолетовом, микроволновом или инфракрасном. Такие снимки позволяют определять характеристики пылевых частиц, из которых состоят бури, — в том числе их размер и форму.
КАК ПОМОЧЬ?
Авторы проекта «Охотники за пылевыми бурями» предлагают волонтерам проанализировать космические снимки среднего пространственного разрешения, полученные из открытых источников космических агентств разных стран Евросоюза, а также США, России, Японии. Для этого нужно лишь ответить на несколько простых вопросов.
Скриншот задания проекта «Охотники за пылевыми бурями» на платформе Experion
- Заходим на сайт проекта.
- Изучаем небольшую инструкцию: как выглядят пылевые бури над землей и водой, с чем их можно перепутать на космических снимках, с какими сложными случаями можно столкнуться при анализе и что делать, если не уверен в ответе.
- Смотрим на снимки, читаем подсказки и отвечаем на вопросы.
Важно отметить, что на снимках пылевые бури будут встречать не часто — и это нормально. И не бойтесь, что ваши ответы могут быть неправильными: одни и те же изображения смотрят сразу несколько волонтеров, а при расхождении ответов результаты перепроверяют ученые.
Автор текста: Евгений Шилинг. Впервые опубликовано на сайте СМИ «Мегабайт».Проект «Люди науки» — Победитель Международной Премии #МыВместе