Символ ветра

Песчаные и пыльные бури — это распространенное метеорологическое опасное явление в засушливых и полузасушливых регионах. Они обычно образуются под воздействием гроз (или сильных градиентов давления, связанных с циклонами), которые приводят к увеличению скорости ветра на большой площади. Эти сильные ветры поднимают большое количество песка и пыли с обнаженных сухих почв в атмосферу, перенося их на сотни и тысячи километров. Около 40 % аэрозолей в тропосфере (самый низкий слой земной атмосферы) составляют частицы пыли от ветровой эрозии. Основными источниками этой минеральной пыли являются засушливые регионы Северной Африки, Аравийского полуострова, Центральной Азии и Китая. На Австралию, Америку и Южную Африку приходится сравнительно незначительный, но все же важный вклад. Согласно глобальным оценкам, в основном полученным с помощью имитационных моделей, выбросы пыли варьируются на уровне от одной до трех гигатонн в год.

После отрыва от поверхности частицы пыли поднимаются на более высокие уровни тропосферы посредством турбулентного перемешивания и конвективных восходящих потоков. Затем они могут переноситься ветрами в течение определенного времени в зависимости от их размера и метеорологических условий, прежде чем снова вернуться обратно на поверхность. В то время как более крупные частицы осаждаются быстрее, частицы меньших размеров в большей степени подвержены переносу. Пыль также вымывается из атмосферы осадками. Средний срок пребывания частиц пыли в атмосфере составляет от нескольких часов для частиц с диаметром более 10 мкм и до более чем 10 дней для частиц с диаметром менее 1 мкм.

Взаимодействие с погодой и климатом

Аэрозоли, особенно минеральная пыль, оказывают воздействие на погоду, а также на глобальный и региональный климат. Частицы пыли, особенно покрытые загрязнением, действуют как ядра конденсации для формирования теплых облаков и как эффективные агенты ледяных ядер для образования холодных облаков. Способность частиц пыли действовать в качестве таковых зависит от их размера, формы и состава, которые, в свою очередь, зависят от природы почв происхождения, выбросов и процессов переноса. Модификация микрофизического состава облаков изменяет их способность поглощать солнечную радиацию, что косвенно влияет на энергию, достигающую поверхности Земли. Частицы пыли также влияют на рост облачных капель и кристаллов льда, влияя таким образом на количество и местоположение осадков.

Переносимая по воздуху пыль обладает таким же действием, что и парниковый эффект: она поглощает и рассеивает солнечную радиацию, поступающую в атмосферу Земли, уменьшая количество, достигающее поверхности, и поглощает длинноволновую радиацию, отражающуюся от поверхности, переизлучая ее во всех направлениях. Опять же, способность пылевых частиц поглощать солнечную радиацию зависит от размера, формы и минералогического и химического состава частиц. Для количественного определения этого воздействия также требуется информация о вертикальном распределении пыли в воздухе (вертикальный профиль) и о характеристиках подстилающей поверхности.

Воздействие на здоровье человека

Переносимая по воздуху пыль представляет серьезную угрозу для здоровья человека. Размер частиц пыли является ключевым фактором, определяющим потенциальную опасность для здоровья человека. Частицы размером более 10 мкм не являются ингалируемыми, в связи с чем они могут повреждать только внешние органы, вызывая, в основном, раздражение кожи и глаз, конъюнктивит и повышенный риск возникновения глазной инфекции. Ингалируемые частицы, размером менее 10 мкм, часто попадают в нос, рот и верхние дыхательные пути, в связи с чем могут вызывать респираторные расстройства, такие как астма, трахеит, пневмония, аллергический ринит и силикоз. Однако более мелкие частицы могут проникать в нижние дыхательные пути и попадать в кровоток, где они могут воздействовать на все внутренние органы и вызывать сердечно-сосудистые нарушения. Согласно оценкам глобальной модели в 2014 году воздействие пылевых частиц стало причиной около 400 000 преждевременных смертей от сердечно-легочных заболеваний у населения в возрасте свыше 30 лет.

В зависимости от погоды и климата пыль может оставаться в воздухе во взвешенном состоянии несколько дней, приводя к вспышкам аллергии на значительном расстоянии от источника

Map of meningitis belt (in red) and regions of high risk of epidemics (brown) all other regions may have lower incidence of outbreaks and sporadic cases (source: World Health Organization) На карте пояс менингита отмечен красным цветом, регионы повышенного риска отмечены коричневым цветом, во всех других регионах может наблюдаться более низкая частота вспышек и спорадических случаев (источник: Всемирная организация здравоохранения)

Некоторые инфекционные болезни могут передаваться через пыль. Менингококковый менингит (бактериальная инфекция тонкого тканевого слоя, который окружает мозг и спинной мозг) может привести к повреждению головного мозга и к смерти в 50 % случаев при отсутствии лечения. Вспышки происходят во всем мире, но наиболее высокая заболеваемость наблюдается в «поясе менингита», который охватывает часть Африки к югу от Сахары с населением около 300 миллионов человек. Эти вспышки носят сильно сезонный характер — многие исследования указывают на связь условий окружающей среды, таких как низкая влажность и пыльные условия, со временем и местом заражения. Исследователи полагают, что вдыхание частиц пыли в жаркую сухую погоду может повредить слизистую оболочку носа и горла, создавая благоприятные условия для бактериальной инфекции. Более того, оксиды железа, присутствующие в частицах пыли, могут повысить риск заражения.

Пыль также играет роль в передаче потенциально смертельной лихорадки долины Сан-Хоакин на юго-западе Соединенных Штатов Америки и в северной части Мексики, выступая в качестве переносчика спор грибов Coccidioides.

Воздействие на окружающую среду и общество

Поверхностные пылевые отложения являются источником питательных микроэлементов для континентальных и морских экосистем. Считается, что пыль из Сахары удобряет тропические леса Амазонки, а перенос пыли, содержащей железо и фосфор, как известно, приносит пользу производству морской биомассы в некоторых районах Мирового океана, страдающих от нехватки таких элементов. Но пыль также оказывает много негативных воздействий на сельское хозяйство, включая сокращение урожайности сельскохозяйственных культур по причине того, что саженцы оказываются покрытыми слоем пыли, что приводит к потере растительной ткани, снижению фотосинтетической активности и увеличению эрозии почв.

Косвенные воздействия пылевых осаждений включают в себя заполнение оросительных каналов, покрытие транспортных маршрутов и ухудшение качества речных или поточных вод. Сокращение видимости из‑за пыли в воздухе также влияет на воздушный и наземный транспорт. Плохая видимость создает опасность при взлете и посадке самолетов, в результате чего посадку самолетов, возможно, потребуется перенести в другое место, а вылеты будут задержаны. Пыль также может оказывать эрозийное воздействие на поверхность самолета и повреждать двигатели.

Пыль может воздействовать на выходную мощность солнечных электростанций, особенно тех из них, которые полностью зависят от прямой солнечной радиации. Пылевые отложения на солнечных панелях являются основной проблемой операторов установок. Для поддержания солнечных батарей в состоянии, свободном от пыли, с тем чтобы частицы не блокировали поступающую радиацию, требуется время и рабочая сила.