Совместное исследование ученых из нескольких израильских учреждений показало, что повседневное загрязнение от дорожного движения и промышленной деятельности заметно изменяет электрическое поле атмосферы над агломерацией Тель-Авива, предоставляя новые доказательства того, как деятельность человека может влиять на нижние слои атмосферы.
Руководили исследованием доктор Рой Янив из Еврейского университета в Иерусалиме и Института Гернера при Медицинском центре «Шева», доктор Ассаф Хохман из Института наук о Земле Фреди и Надин Херрман при Еврейском университете, а также профессор Йоав Яир из Университета Райхмана. В исследовании также принял участие Итай Фрумер, ученик старшей школы Хадеры и Израильского музея медицины и науки (Технода), который проводил работу в рамках пятиуровневого трека физических исследований Министерства образования.
Исследователи сосредоточились на электрическом поле атмосферы в условиях ясной погоды. Даже в отсутствие гроз между поверхностью Земли и атмосферой естественным образом существует слабое электрическое поле. Одним из основных способов измерения этого поля учеными является градиент потенциала (ГП), который является обратной величиной вертикальной составляющей электрического поля. ГП — ключевая часть глобальной электрической цепи, планетарной системы электрических токов, поддерживаемой грозами и наэлектризованными облаками по всему миру.
Ученым давно известно, что на электрическое поле атмосферы могут влиять факторы, варьирующиеся от крупномасштабных атмосферных процессов до местных погодных условий, таких как пыль, туман и облака. Известно, что антропогенное загрязнение также играет свою роль, однако точное понимание того, как городские выбросы влияют на электрическое поле вблизи поверхности, оставалось областью продолжающихся исследований.
Для изучения этой взаимосвязи команда проанализировала измерения, полученные с помощью недавно установленного электростатического измерителя (electric field mill) — прибора, используемого для непрерывного мониторинга напряженности электрического поля атмосферы. Прибор был установлен в Центре технологического образования (Дом Ротера) в Холоне и начал работу в августе 2024 года. Финансирование осуществлялось Министерством образования Израиля и муниципалитетом Холона.
Электростатический измеритель является частью более широкой сети мониторинга, включающей близлежащие метеорологические станции и пункты контроля качества воздуха. Это позволило исследователям сопоставить измерения электрического поля с подробными данными о погоде и показателями загрязнения, чтобы лучше понять, что вызывает изменения в градиенте потенциала.
Исследование было сосредоточено на двух основных городских загрязнителях: мелкодисперсных твердых частицах (PM2.5) и оксидах азота (NOx), оба из которых обычно образуются в результате дорожного движения и промышленной деятельности. PM2.5 — это микроскопические частицы в воздухе, достаточно мелкие, чтобы длительное время оставаться взвешенными в атмосфере, в то время как NOx — это группа газов, выделяющихся при сжигании топлива. Исследователи проанализировали суточные, недельные и сезонные закономерности в электрическом поле атмосферы и сравнили их с изменениями концентрации загрязнителей.
Их анализ выявил четкую взаимосвязь между уровнями NOx и изменениями градиента потенциала, особенно в утренние и вечерние часы пик, когда выбросы от транспорта были максимальными.
«Мы наблюдаем прямую физическую связь между пиками выбросов и электрической изменчивостью», — пояснил доктор Рой Янив. «NOx очень быстро снижает атмосферную проводимость, поэтому электрическое поле реагирует почти мгновенно во время часов пик движения транспорта».
Атмосферная проводимость описывает, насколько легко электрические заряды перемещаются по воздуху. По словам исследователей, оксиды азота быстро изменяют эту проводимость, вызывая почти немедленную реакцию электрического поля. Однако PM2.5 было связано с замедленной реакцией. Исследователи объяснили эту разницу более длительным временем пребывания частиц в атмосфере, что означает, что они дольше остаются во взвешенном состоянии, а также их различными микрофизическими взаимодействиями с окружающим воздухом и атмосферными компонентами.
Исследование также выявило выраженный «эффект выходных». В Израиле объемы движения транспорта и некоторая промышленная активность значительно снижаются по пятницам и субботам. В эти периоды концентрации как NOx, так и PM2.5 падали, и соответствующие изменения наблюдались в электрическом поле атмосферы.
«Сигнал выходных демонстрирует, насколько чувствительно электрическое поле к изменениям в деятельности человека», — отметили исследователи. «Когда выбросы снижаются, электрическая среда немедленно перестраивается, что служит высокоточным индикатором городских атмосферных условий».
Результаты показали, что уровни загрязнения могут влиять не только на химический состав атмосферы, но и на ее электрические свойства. Исследователи заявили, что результаты укрепили аргументы в пользу использования атмосферного электричества в качестве дополнительного инструмента для экологического мониторинга, особенно в густонаселенных городских районах, где антропогенное, или вызванное человеком, воздействие наиболее выражено.
Исследование также указало на потенциальные приложения для общественного здравоохранения. Объединив измерения качества воздуха с наблюдениями за атмосферным электричеством, исследователи, по их словам, могут получить более полную картину того, как меняются городские атмосферные условия с течением времени.
«Интеграция данных о качестве воздуха с измерениями электрического поля дает нам более четкое представление о том, как нижние слои атмосферы развиваются в каждый момент времени», — добавили исследователи. «Это структура, которая может поддерживать как научное понимание, так и практическое принятие экологических решений».
Помимо научных открытий, проект подчеркнул сотрудничество между университетами, государственными учреждениями и средним образованием. Исследователи заявили, что работа продемонстрировала, как учащиеся могут участвовать в реальных экологических исследованиях, внося вклад в изучение качества воздуха, атмосферных процессов и их потенциального воздействия на общество.
Источник: Hebrew University, ScienceDirect
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное законодательством об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
