​Вокруг нас в каждом кубическом сантиметре воздуха сосредоточено около десяти тысяч аэрозольных частиц. Среди них попадаются грибные споры, пыльца растений микроскопические кусочки автомобильных шин, сажа от горящих нефтяных скважин, вирусы, бактерии и многое, многое другое.

Всё это постоянно перемешивается, вступает в химические реакции друг с другом и оказывает влияние на климат, экологию, атмосферную оптику, здоровье. Ученые из Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН исследуют концентрацию, количество, размеры этих частиц и их состав.

Ежедневно мы пропускаем через себя около 15 кубометров воздуха, то есть порядка 15 кг. Это больше, чем мы едим и пьем за день. Давно доказано, что мелкие частицы из атмосферы потом могут оказываться в тканях и в органах нашего тела (чем и пользуются медики для введения в организм различных препаратов). Мир аэрозольных частиц оказывает самое непосредственное влияние на нашу жизнь.
 
«Уже второе десятилетие мы занимаемся органическими соединениями в составе частиц, которые нас окружают, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории лазерной фотохимии Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН кандидат химических наук Александр Сергеевич Козлов. — Раньше знали, в воздухе что-то летает: дым, сажа, следы эрозии почв, какая-то органика. Потом, когда начали развиваться химические методы в исследованиях, оказалось, что органики невероятно много. Даже если первоначальная минеральная частица была из пустыни, по ходу своего путешествия в атмосфере она обрастает всем, чем угодно. На ней идут какие-то реакции, одни вещества появляются, другие улетают, что-то сорбируется, что-то конденсируется, что-то растворяется, в итоге получается некий конгломерат. Не разобравшись, из чего он состоит, невозможно узнать его свойства, понять, как к нему относиться. Помимо всего, там есть и биологическая составляющая. Это не только пыльца или бактерии, вирусы в периоды респираторных инфекций, но и «гербарий» всевозможных растений, даже не в периоды их цветения».
 
Воздушные потоки переносят эти мельчайшие частицы по всей Земле. Так, следы катастроф на одной части нашей планеты очень быстро оказываются заметны на другой. «Всё взаимодействует со всем. Новосибирск влияет на Арктику. После взрыва челябинского метеорита мы зарегистрировали его частички за окном нашего института — тот материал, в который он рассыпался в атмосфере, долетел до нас. Когда пожар случается в Австралии, аэрозоль от него фиксируется на Камчатке. Выясняется, что земной шар очень маленький», — говорит Александр Козлов. 
 
«Наши коллеги на станции синхротронного излучения в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН провели такой эксперимент: срезали волосы у северных народов и исследовали, что в них содержится. И в этих волосах попадались радиоактивные элементы, металлы, которых там не должно было быть. То, что есть в атмосфере, потом откладывается в почве, в растениях. Олень есть ягель, тунгус оленя. Таким образом, загрязнение воздуха оставляет свой след даже в самых экологически чистых районах», — рассказывает главный научный сотрудник лаборатории лазерной фотохимии ИХКГ СО РАН доктор химических наук Александр Константинович Петров.
 
Существует так называемый природный аэрозоль — это то, чем дышит лес, что выветривается из почвы. Нам удалось его зафиксировать у Байкала, на стационаре Лимнологического института СО РАН (пос. Большие Коты). Его очень мало. Если в городе фиксируется десять тысяч частиц аэрозоля на кубический сантиметр воздуха, то там всего лишь одна тысяча, поскольку почти отсутствуют антропогенные источники.
 
В некоторых странах регулярный мониторинг воздуха уже проводится и даже поставлен на службу обществу. Например, в Баварии в рамках обычного прогноза погоды дают прогноз для аллергиков, где отслеживаются периоды цветения трав, рассчитывается весь атмосферный перенос: в какие регионы это идет, в какой степени будет «давить». 
 
Кроме того, такие наблюдения позволяют предотвратить экологические катастрофы. «Высокие берега Обского водохранилища рушатся, причем очень быстро. Смываются находящиеся там туалеты, кладбища, захоронения умерших от сибирской язвы животных. Когда это спустилось в воду — поезд уже ушел, но поначалу испарения попадают в воздух. Если мы выявим повышенную концентрацию определенных бактерий над водохранилищем, то узнаем, откуда идет угроза», — говорит Александр Петров.
 
У ученых ИХКГ сложился консорциум с Государственным научным центром вирусологии и биотехнологии «Вектор», который с 1990-х годов изучает жизнеспособные организмы в атмосфере, с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, имеющим передовые позиции в своей области, Институтом оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, осуществляющим эксплуатацию летающих лабораторий почти 40 лет — он дает возможность регулярного отбора проб воздуха с помощью самолета-лаборатории в слое тропосферы до восьми километров. 
 
«Этот самолет может летать по всей Сибири, от Алтая до Диксона. Он позволяет за короткое время исследовать большие территории и проводить измерения на разных высотах. Чем выше поднимаешься, тем больше получаешь покрытие. Если здесь, на земле, можно регистрировать источники, находящиеся на расстоянии километра, то на восьми километрах мы собираем информацию практически по целому полушарию», — отмечает Александр Петров.
 
Борт для исследований предоставляет Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина. Обычный гражданский самолет покупают за несколько лет до окончания срока эксплуатации и переоборудуют под научные нужды. Машины попадаются легендарные. Например, те, на которых летал столичный мэр или известный олигарх (имена знаменитостей исследователи решили не раскрывать) — всё бывшие VIP-борта. Чтобы поставить исследовательское оборудование, внутри приходится ломать часть салона с барами и телевизорами. Поскольку самолет и сам является источником аэрозольных частиц, ученые снимают с выходной двери пилотов иллюминатор и устанавливают на его месте огромной мощности насос, который весь полет отбирает пробы на фильтры (важно, чтобы насос был подальше от двигателей). Еще в салоне имеются приборы для анализа частиц, отбора проб этих частиц для хроматографии, лазерного зондирования, исследования парниковых газов, оптических свойств и многого другого.
 
«Недавно к проекту подключился Центр коллективного пользования «Геномика» из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Коллеги поставили на поток метагеномный анализ с использованием высокопроизводительного секвенирования. Такой анализ позволяет наиболее полно ответить на вопрос, какие бактерии, споры, пыльца летают вокруг нас. В чашке Петри вырастает много меньше, чем 10 % микроорганизмов на самом деле содержащихся в воздухе. А методы наших коллег из ИХБФМ СО РАН позволяют «вытаскивать» оттуда практически все», — рассказывает Александр Козлов.
 
Также ученые ИХКГ СО РАН сотрудничают с АО «ОДК-Авиадвигатель» (Пермь), работают с продуктами эмиссии авиационных двигателей для улучшения экологических норм Международной ассоциации гражданской авиации, подразумевающих контроль количества, размера и состава выбрасываемых частиц.
 
Можно ли как-то очищать воздух в городах? Как бы фантастично это ни звучало, сейчас такую технологию отрабатывают в Китае. В центре города ставится огромная фильтрующая колонна, по размерам выше и толще, чем труба ТЭЦ, и она прогоняет через себя городскую атмосферу. Если этот эксперимент удастся в масштабах одного небольшого города, то, вероятно, методику распространят на всю страну.
 
Как отмечают исследователи, самая большая сложность в работе — математическая. Воздух — это не замкнутая система, а открытая, там участвует великое множество составляющих. Автоматический прибор регистрирует сотни соединений в пробе, фактически же их там гораздо больше. Моделировать такую систему можно только с некоторыми обобщениями.  
Сейчас новые методики отбора и анализа органических частиц отрабатываются на земле, потом всё будет переноситься на борт самолета вдобавок к уже имеющемуся оборудованию. «На сегодняшний день это наиболее информативный способ исследования аэрозольных частиц, потому что он позволяет проводить измерения на разной высоте и в разных районах, к тому же это дешевле, чем поставить станции, для которых потребовалось бы много людей и оборудования», — говорит Александр Петров.

Диана Хомякова

Источники

В пространстве хаоса частиц
Наука в Сибири (sbras.info), 20/03/2018

Похожие новости

  • 04/04/2018

    Подведены итоги оценки результативности научных организаций

    454 организации разделили по трем категориям. Чем отличились сельскохозяйственные институты, чему Минздраву стоит поучиться у ФАНО и в каком регионе больше всего институтов из третьей категории, читайте в материале Indicator.
    1119
  • 02/08/2017

    Новосибирские ученые выяснили, каких элементов больше в пыльце сибирских деревьев

    За 7-10 дней цветения одна береза продуцирует примерно 1,5 кг пыльцы, или несколько центнеров на гектар березового леса. Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) установили, что на пике цветения березы и сосны доля пыльцы в массовой концентрации атмосферного аэрозоля в Новосибирской области может достигать 50 %, а в отдельных пробах – до 80 %.
    519
  • 02/09/2016

    Наночастицы: невидимые и влиятельные

    Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут.— Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, — подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов.
    1868
  • 12/12/2016

    Молодые учёные СО РАН стали победителями конкурса Европейской Академии

    Конкурс завершился 14 ноября 2016 года присуждением 16 премий (премию по медицине разделили между двумя участниками). В этом году на конкурс поступило 75 работ. Самое большое число наград присуждено в номинации «Биология».
    1551
  • 06/09/2016

    Наночастицы - невидимые и влиятельные

    ​Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут. — Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, — подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов.
    1025
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    330
  • 03/05/2018

    Ученые СО РАН разворачивают мониторинг качества воздуха

    ​Если вредные привычки в питании человек в стремлении к здоровому образу жизни может скорректировать, то от ежедневного потребления 15 кубометров воздуха отказаться вряд ли удастся. Между тем в кубическом сантиметре воздуха сосредоточено около десяти тысяч аэрозольных частиц, попадающих в наш организм с каждым вдохом.
    348
  • 23/06/2018

    НИОХ СО РАН отметил юбилей

    ​В новосибирском Академгородке отпраздновали 60-летие еще одного НИИ - Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН. Поздравить его с круглой датой собрались коллеги, представители власти и образовательной сферы.
    523
  • 06/03/2018

    «Академина»: в Новосибирске вручили премии женщинам-ученым

    ​Вручение премий женщинам, отличившимся в науке, образовании и экономике, прошло на площадке «Точка кипения» технопарка новосибирского Академгородка. Первая «Академина» состоялась в 2012 году в Доме ученых СО РАН, затем, уже на областном уровне, прошла в 2016-м в зале имени Арнольда Каца новосибирской филармонии.
    709
  • 14/06/2018

    В СО РАН продолжается обсуждение проектов развития исследовательской инфраструктуры ННЦ

    ​Проект Сибирского национального центра высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных (СНЦ ВВОД) представил заместитель председателя СО РАН академик Павел Владимирович Логачёв. «В современных исследованиях во всех областях знаний научные данные являются ключевым драйвером, — подчеркнул координатор проекта.
    373