Источники пыли в атмосфере весьма разнообразны: почва и соли морской воды, попадающие в воздух, вулканические выбросы, пожары.

Фото Натальи Домриной.

Действующие вулканы — мощные источники пыли в атмосфере. Вулкан Этна. Фото: Josep Renalias/Wikimedia Commons.

Фото Натальи Домриной (2).

Наука и жизнь // Иллюстрации

Фото Евгения Константинова.

Содержание пыли (жёлтая линия) и двуокиси углерода (синяя линия) в атмосфере Москвы во время пожаров в центральной полосе России летом 2010 года.

Отдельные химические элементы в пылевых частицах размером 2,5 мкм (прозрачные кружки). Чёрными квадратиками обозначена распространённость элементов в земной коре (так называемые числа Кларка, по Ферсману).

Фото Натальи Домриной.

Среднеквадратичное броуновское смещение за 1 с и стационарная скорость оседания сферических частиц с плотностью 1000 кг/м3 в воздухе при 760 мм рт. ст. и 20ºС

Источники пыли в атмосфере весьма разнообразны: почва и соли морской воды, попадающие в воздух, вулканические выбросы, пожары. Основными антропогенными источниками служат промышленность и транспорт. Пыль, которую мы вдыхаем, может быть как местного происхождения, так и принесена издалека. Например, в атмосфере Москвы в «нормальные» периоды пыль от местных источников составляет в среднем примерно 70%. Содержание пыли в воздухе мегаполиса, обусловленное крупномасштабным переносом воздушных масс, в наименее «пыльные» периоды — около 15—40 мкг/м³ и становится выше в годы более высокой вулканической активности. Эту величину могут многократно увеличивать крупные лесные пожары. Так, в августе 2010 года во время лесных пожаров (а также пожаров на мусорных полигонах) в Московском регионе в отдельные дни в городе содержание пыли превышало средние показатели «спокойного времени» в десятки (до ~50) раз. Однако и без столь значительных событий содержание пыли в течение суток может меняться в 10 раз* и более.

Атмосферные аэрозоли бывают разного химического состава. Это соединения кремния, бериллия, алюминия, кадмия и других металлов, продукты износа дорожного покрытия и неполного сгорания топлива (угольные частицы и сажевый аэрозоль), споры микроорганизмов и пыльца растений, другие частицы органического происхождения. Отдельно выделяют вторичные неорганические соединения (сульфаты, нитраты, аммоний), получающиеся в результате химических реакций в атмосфере из первичных и образующие аэрозоли.

Распределение в атмосфере частиц разной химической природы имеет свои географические особенности. Так, если в Восточной Европе основной вклад в загрязнение воздуха вносят продукты отопления и автотранспорта, то в Западной Европе среди пылевых частиц преобладают вторичные неорганические аэрозоли. В промышленно развитых районах Северной Европы и вблизи крупных европейских городов общее содержание пылевых частиц определяется в основном антропогенными источниками, а в странах Южной и Юго-Восточной Европы — выветриванием почвы (так называемая эрозионная пыль).

Для образования эрозионной пыли, в первом приближении, необходимы два условия: сухость и ветер. Сухой поверхностный слой земли легко крошится, частички почвы в сухом состоянии слабо удерживаются одна с другой и могут быть подняты в воздух ветром. При недостатке растительности эти процессы существенно усиливаются: зелёная «одёжка» предохраняет почвенный слой как от пересыхания, так и от слишком сильного ветра, который теряет скорость в растительном покрове и не способен «добраться» до поверхности почвы. Именно поэтому, например, пыльные бури возникают в основном в пустынных и полупустынных регионах, реже — в степных, а в лесостепных и лесных — в исключительных случаях (как правило, при сильной засухе). И в качестве борьбы с пыльными бурями используются посадки всё тех же растений — от травы до полезащитных лесных полос. Чем выше растительный покров, тем меньше остаётся возможностей для появления эрозионной пыли.

Растения также дают приют и корм почвенной фауне, жизнедеятельность которой способствует поддержанию почвы в некрошащемся, непылящем состоянии. По этой причине, в частности, в последние годы существенным источником пыли во многих крупных городах становятся незадернованные поверхности, образующиеся в результате неумеренного скашивания травы (подробнее о роли травяного покрова и почвенной фауны в предотвращении «пыления» почв см. «Наука и жизнь» № 7, 2010 г., статья «Непростая жизнь московского муравья» и № 7, 2013 г., статья «Стриженый? Бритый...»).

Характер распространения пылевых частиц в атмосфере зависит от их размера. Крупные частицы и часть средних (размером более 1 мкм) оседают в течение нескольких часов или немногих суток и поэтому, как правило, переносятся на относительно небольшие расстояния (хотя в некоторых случаях они могут преодолевать и сотни километров, если пыль оказалась на значительной высоте). Более мелкие частицы (высокодисперсная фракция) могут удерживаться в атмосфере до 10—20 суток и распространяться за это время по всему полушарию (обмен между полушариями, через экваториальную зону, затруднён).

В итоге загрязнение атмосферы пылью определяется не только местными источниками. Так, для большинства стран Европы присутствие в воздухе мелкодисперсной фракции взвешенных частиц (размером менее 2,5 мкм) обусловлено в основном трансграничным переносом пыли. В половине европейских стран 3/4 всей мелкодисперсной атмосферной пыли принесено от соседей. Лишь в России, Турции и Испании вклад собственных выбросов в общее загрязнение мелкодисперсными взвешенными частицами превосходит вклад пыли, принесённой извне.

Тем не менее местные источники дают свои локальные максимумы содержания пыли в атмосфере. Например, в разных районах Москвы среднее (среднемесячное и среднегодовое) содержание пыли в атмосфере устойчиво различается в 1,5—2 раза, а иногда и более.

Как влияет пыль на здоровье? Здесь важны как химический состав, так и размер частиц. Крупные частицы (размером более 5—10 мкм) обычно задерживаются в верхних дыхательных путях, в то время как более мелкие способны проникать в лёгкие. Накапливаясь там, даже химически инертные пылевые частицы (например, кварцевая или угольная пыль) могут приводить к микроповреждениям тканей лёгкого и вызывать хронические заболевания дыхательных путей. Длительная воспалительная реакция в лёгких сказывается в конечном итоге и на работе сердца, приводя к развитию сердечно-сосудистых заболеваний. По этой причине во многих странах существуют нормативы содержания в воздухе среднедисперсных частиц (размером до 2,5 или до 10 мкм), причём более тонкодисперсная пыль (размером до 2,5 мкм) рассматривается как более опасная. Химический состав пыли, в том числе присутствие в ней соединений тяжёлых металлов и токсичных органических соединений, вносит свою «специфику» в воздействие пыли на человеческий организм.

По информации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), приблизительно 3% смертей от кардиопульмонарной патологии и 5% — от рака лёгкого связаны с высоким содержанием в воздухе взвешенных частиц. Рост содержания пылевых частиц в воздухе всего на 10 мкг/м³ может быть причиной роста количества летальных исходов на 0,5% (а для людей старше 75 лет — вдвое больше). В России смертность, вызванная загрязнением воздуха пылевыми частицами, составляет, по разным оценкам, от 6 до 17% общей смертности городского населения.

Это страшные цифры, недаром в мире существует множество законодательных ограничений уровня запылённости воздуха. Например, в России помимо упомянутого уже постановления московского правительства действуют весьма строгий стандарт, устанавливающий общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны, и множество созданных на его основе отраслевых норм. Специальными санитарными нормами установлены гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населённых мест.

Но при всей важности развития технологических методов борьбы с пылеобразованием одним из главных путей поддержания чистоты воздуха остаётся сохранение и развитие природных территорий — не только в планетарных масштабах, но даже и в масштабах лужайки (газона) во дворе городского дома или на разделительной полосе автомагистрали. Причём роль природных сообществ не сводится к «пассивной» защите — механической фильтрации пыли. Живая экосистема не только препятствует её распространению, но и перерабатывает пыль, поглощая оседающие из атмосферы взвешенные частички благодаря деятельности множества живущих в почве и на её поверхности живых существ. Недаром «пыльная земля», «пыльный ветер» и просто «пыль, пыль, пыль» считаются синонимами безжизненной земли.

***

Из Постановления Правительства Москвы от 25 декабря 2007 г. № 1179-ПП «О мерах по снижению уровня загрязнения атмосферного воздуха взвешенными частицами в городе Москве»:

«Всемирной организацией здравоохранения взвешенные частицы, особенно мелкие частицы размером менее 10 мкм (РМ₁₀), отнесены к приоритетным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух, по уровню влияния на здоровье населения.

По данным экологического мониторинга, половина территории города является «проблемной» по уровню загрязнения атмосферного воздуха РМ₁₀.

Источниками поступления взвешенных частиц в атмосферный воздух Москвы являются выбросы промышленных предприятий, выбросы автотранспорта (преимущественно дизельного), строительные работы, пыль с заасфальтированных участков территорий и незадернованных участков почв. <...>

9. Департаменту природопользования и охраны окружающей среды города Москвы:

<...> 9.4. В рамках своих полномочий, предусмотренных Законом города Москвы от 5 мая 1999 г. № 17 ″О защите зелёных насаждений″, усилить контроль за содержанием покрытий городских территорий и обеспечить привлечение к административной ответственности юридических и физических лиц, виновных в необоснованном образовании открытых участков почв».

***

Подробности для любознательных

Маленькие, но не шустрые

Дисперсные системы, то есть системы, в которых одно из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда), отличаются от истинных (молекулярных) растворов неустойчивостью, то есть способностью к самопроизвольному разделению компонентов: частички дисперсной фазы (например, твёрдые частицы, взвешенные в жидкости или газе) могут оседать или, наоборот, всплывать (например, пузырьки газа в жидкости). Скорость осаждения взвешенных в газовой или в жидкой фазе частиц существенно зависит от их размеров: чем меньше размер частицы, тем заметнее для неё роль сопротивления среды (а для совсем мелких частиц — ещё и броуновского движения) по сравнению с ролью силы тяжести. В таблице приведены характерные значения скорости оседания частиц разных размеров в неподвижном воздухе и накладывающиеся на это оседание смещения за счёт броуновского движения. Как видно, для частиц размером 2,5 мкм скорость оседания примерно в 15 раз ниже, чем для частиц размером 10 мкм, и составляет около 0,2 мм/с, то есть может компенсироваться даже очень незначительным восходящим потоком воздуха. Для частиц же размером меньше ~ 0,5 мкм «скорость» броуновского движения (точнее, среднеквадратичное смещение частицы за счёт броуновского движения за 1 с) преобладает над скоростью их равномерного оседания, и поэтому такие тонкодисперсные (ультратонкие) взвеси могут практически не оседать.

Что почитать по теме:

Воздействие взвешенных частиц на здоровье. Издание ВОЗ (www.euro.who.int).

Горькавый Н. Пыль челябинского болида // Наука жизнь, 2013, № 10.

Климат, качество атмосферного воздуха и здоровье москвичей // Сб. статей под ред. проф. Б. А. Ревича. — М.: АдамантЪ, 2006. — 246 с. (erh.ru/biblio/biblio045.php).

Птушенко В. Виноват ли кислород? // Наука и жизнь, 2013, № 5.

Птушенко В. Стриженый? Бритый... // Наука и жизнь, 2013, № 7.

Хангайсайхан Х.-А. Жёлтая пыль Монголии // Наука и жизнь, 2013, № 9.

Сб. тезисов Всероссийского совещания «Состояние воздушного бассейна г. Москвы в экстремальных погодных условиях лета 2010 г. // ifaran.ru/docs/abstracts.pdf.

Комментарии к статье

* О количестве пыли в воздухе жители городов могут узнавать из регулярно публикуемых данных. Так, на официальном сайте ГПБУ «Мосэкомониторинг» в разделе «Воздух/Состояние воздуха» приводятся данные о содержании в атмосфере Москвы токсичных примесей, в том числе и взвешенных веществ: www.mosecom.ru. К сожалению, на сайте нет архива данных (который до сих пор находится в стадии разработки), а текущие показатели состояния атмосферы приводятся лишь за три последних дня. Отчасти эти данные обобщаются в бюллетенях или докладах за отдельные кварталы или годы. Остаётся сожалеть, что поддержание общедоступного сетевого архива данных о состоянии атмосферы Москвы не только не осуществляет сам Мосэкомониторинг, но это упущение не восполнено и независимыми сетевыми ресурсами природоохранной направленности.

Статьи по теме

• НЕПРОСТАЯ ЖИЗНЬ МОСКОВСКОГО МУРАВЬЯ
• Пыль челябинского болида
• Виноват ли кислород?
• Стриженый? Бритый...
• Жёлтая пыль Монголии

№7, 2014