Шар, улетающий в небо

№56 (6160) от 29 июля 2023

Рязанские учёные исследуют загрязнение атмосферы с помощью радиозондов

В Рязани есть своя аэрологическая станция, и дважды в сутки Росгидромет запускает радиозонды. Но конструкция этих зондов такова, что они очень быстро поднимаются в верхние слои атмосферы, а приземные слои воздуха оказываются практически неисследованными. При этом именно условия в нижней атмосфере – ветер, температура и так далее – влияют на распространение загрязняющих веществ. Информации об этом влиянии в современной науке до сих пор настолько мало, что при различных расчетах приземный слой атмосферы часто просто игнорируют.

Такими расчетами занимаются экологические службы предприятий. Когда я еще только начинал работать над своей кандидатской диссертацией, то от одного предприятия я получил результаты таких расчётов. И поначалу обрадовался: теперь у меня есть пространственная картина загрязнения, теперь я знаю, что вот на этом поле выпадает много меди и свинца, тот дальний лесочек перехватывает кадмий, а вот эти поля совсем чистые, до них загрязнение не долетает».
Но, как говорится, гладко было на бумаге. А потом… Потом были изнурительная снегосъёмка (отбор образцов снежного покрова в окрестностях того самого предприятия) и определение концентраций загрязняющих веществ в снеговой воде. И первые результаты, которые сильно удивили. Оказалось, что те расчетные значения не имеют ничего общего с реальным загрязнением ландшафтов. «Конечно, в том, что мои результаты не совпали с данными экологической службы, предприятие не виновато. Просто, к сожалению, такова методика расчета загрязнения, которую повсеместно используют, – поясняет учёный. – Получается, чтобы узнать правду – где и сколько загрязняющих веществ выпадает, нужно обязательно самому выезжать и отбирать пробы».

Откуда дует ветер

Со школьной скамьи мы знаем, что при строительстве промышленных предприятий обязательно учитывают розу ветров. Так называется преобладающее направление ветра в той или иной местности, которое определяют по многолетним наблюдениям. Розу ветров нужно учитывать, чтобы выбросы от предприятия не попадали на городские кварталы. Но и здесь, оказывается, всё не так просто.
Пару лет назад сотрудники лаборатории геохимии ландшафтов отбирали пробы почв в пойме Оки и в лесах юго-восточной Мещеры. После химического анализа образцов стало ясно, что эти территории отличаются особенно высоким уровнем загрязнения. И это, на первый взгляд, может показаться неожиданным. Ведь в Рязани и её окрестностях в целом преобладает ветер, дующий с запада. По­этому самые загрязненные территории, казалось бы, должны находиться восточнее города. В реальности же картина загрязнения выглядит иначе. Максимальные концентрации свинца, например, наблюдаются в пойме Оки. «Пойма реки – это сниженный элемент рельефа, – объясняет Сергей Тобратов. – Когда воздушные потоки попадают в пойму, скорость их движения замедляется и различные примеси начинают оседать из воздуха на землю. Поэтому в целом пойма грязнее, чем окружающие ее более возвышенные участки».
На движение воздушных потоков и на выпадение примесей, которые они несут, влияет не только пойма. Другие неровности рельефа – даже отдельные холмы и большие овраги – тоже могут изменять направление и скорость ветра и, следовательно, оказывать влияние на перенос загрязняющих веществ. «Расчетные модели загрязнения, к сожалению, учесть влияние рельефа не могут, – рассказывает учёный. – Поэтому даже сейчас, в XXI веке, самый лучший способ изучения распространения загрязняющих веществ – это измерение рассеяния примесей в реальных воздушных потоках или косвенная оценка этих процессов – через снегосъёмку и почвенно-геохимическую съёмку. Именно таким путём и идёт наша лаборатория».

Сверху видно лучше

А эта история напоминает детектив. Началось все с того, что однажды поздним вечером зимы 2020 года в социальные сети вдруг посыпались жалобы на качество воздуха в Рязани. «Помогите, задыхаемся! Кто нас травит???» – возмущались рязанцы. Очень скоро оказалось, что «досталось» не только Рязани. Всплеск недовольства поднялся в Шумаши, Заборье и даже в Криуше. При этом жители сёл Заокское и Коростово никаких «химических запахов» не почувствовали. Опираясь на сообщения пользователей соцсети ВКонтакте, Сергей Тобратов смог нарисовать, как в ту злополучную ночь перемещались воздушные потоки. Оказалось, что воздух с вредными примесями обошёл возвышенные участки и распространялся по пойме Оки в северном направлении. И уже тогда возникла идея: а что если попробовать запустить радиозонд? Тогда по координатам его полета можно будет точно узнать движение воздушных потоков и распространение загрязняющих веществ.
Потом были поездки в Москву, покупка радиозондов, первые не совсем удачные запуски – когда белый шар, вместо того чтобы подняться в небо, вдруг поплыл по реке. И, наконец, радиозонд, улетающий в закатное небо…
Запускать радиозонды лучше всего вечером и ночью – именно тогда складываются наиболее неблагоприятные условия для рассеяния загрязняющих веществ. Самое интересное начинается уже после того, как радиозонд покинет землю. Ряды цифр на ноутбуке сообщают его координаты и метеорологические параметры зондируемой атмосферы – температуру, давление, влажность. В тот весенний вечер, когда мы запускали радиозонд, в приземном слое атмосферы было два слоя инверсии. Инверсия – это необычный характер распределения температуры с высотой. Обычно температура воздуха с высотой падает. Но бывают и исключения: когда с высотой температура вдруг начинает расти. Такая температурная инверсия зачастую служит непреодолимым препятствием для загрязняющих веществ: они «отскакивают» от неё и оседают на землю. Конечно, инверсия существует не постоянно: пройдет время, погода поменяется, условия для рассеяния выбросов станут совсем другими. Но если отобрать образцы почвы и проанализировать их на содержание, например, тяжелых металлов, то обнаружатся следы температурной инверсии, её «отпечатки пальцев» – повышенные концентрации загрязняющих веществ в определённых местах…
«Пока мы получили только самые первые результаты радиозондирования, – рассказывает Сергей Тобратов. – Но и они впечатляют. Например, при определённых погодных условиях роль рельефа в формировании воздушных течений возрастает настолько, что формируются устойчивые местные циркуляции, приуроченные к пойменным сужениям и долинам притоков Оки».
Понимать, как распространяются выбросы предприятий, нужно не для того, чтобы найти виновных и наказать их. Наука призвана не обвинять и запрещать, а в первую очередь ответить на вопрос: как сделать так, чтобы промышленность могла сосуществовать с людьми? И в этом могут помочь маленькие радиозонды, улетающие в рязанское небо.

Ольга Железнова, кандидат биологических наук