Микропластик уже давно обнаруживают в человеческом организме, пище, а также в самых удаленных уголках планеты вроде арктических льдов. При этом ученые до сих пор почти ничего не знают о том, как именно эти крошечные частицы путешествуют по воздуху. Команда исследователей из CIRES решила исправить этот пробел и разработала принципиально новый подход к сбору воздушных проб с помощью беспилотных летательных аппаратов. Подробности научной работы опубликованы в авторитетном академическом журнале Scientific Reports. Исследование открывает новые возможности для мониторинга воздушной среды в регионах, где традиционные методы мониторинга не работают.
Раньше специалисты собирали атмосферные образцы с крыш зданий, наземных стационарных станций или исследовательских судов. Новая работа доказывает, что дроны способны успешно справляться с этой задачей на строго заданной высоте. Команда исследователей под руководством Радианс Калмер из Норвежского полярного института стала первой в мире, кто установил на беспилотный летательный аппарат специальный экологический циклонный пробоотборник для улавливания микропластика. Такая технология позволяет собирать данные в нижних слоях атмосферы, которые ранее оставались недоступными для детального изучения.
Инженерные трудности и первые полеты
Разработка метода потребовала объединения усилий экспертов из CIRES, Университета Колорадо в Боулдере и Университета Род-Айленда. Ученые адаптировали прибор, который обычно применяется для мониторинга других атмосферных аэрозолей. Устройство закрепили на небольшом беспилотнике, чтобы оно могло улавливать микроскопические фрагменты размером от одного до десяти микрометров. Главная сложность заключалась в том, что концентрация пластика в воздухе невелика, а время работы беспилотника от одной батареи ограничено примерно двадцатью пятью минутами.
Инженерам пришлось серьезно потрудиться, чтобы аппарат успевал забрать достаточный для анализа объем воздуха и среди общей массы частиц обнаружить именно искомые полимеры. Осенью прошлого года испытания новой системы прошли в американском штате Колорадо. Дроны запускали в двух локациях: неподалеку от оживленного шоссе в Эри, а также над жилыми кварталами и полигоном для отходов в Арваде. Финансовую и организационную поддержку проекту оказала внутренняя программа CIRES IRP, которая поощряет междисциплинарные инновации на стыке аэрокосмической инженерии и наук об атмосфере.
Лабораторный анализ и будущие экспедиции
После завершения полетов собранный материал отправили в лабораторию Университета Колорадо в Боулдере, где органические частицы отделили от пластиковых. Затем образцы передали коллегам из Университета Род-Айленда. Там специалисты подсчитали и определили химический состав каждой найденной микрочастицы. Анализ показал, что на стометровой высоте вблизи зон с интенсивной человеческой деятельностью пластик действительно присутствует в значительных количествах.
При этом в пробах преобладали так называемые гетероагрегаты — сложные комки, состоящие из частиц пластика и обычной природной пыли. Подобные соединения часто формируются возле автострад и в густонаселенных районах с высоким уровнем антропогенной нагрузки. По словам Гийса де Буера из Брукхейвенской национальной лаборатории, отслеживание крошечных частиц критически важно, поскольку они потенциально опасны для здоровья людей и способны влиять на важнейшие процессы на Земле, включая формирование облаков и таяние морского льда. Полученные результаты открывают отличные перспективы для изучения атмосферы в труднодоступных местах, например, над океанами, где классические наземные методы наблюдения оказываются слишком дорогими или невозможными. Ученые рассчитывают, что их разработка подтолкнет научное сообщество к новым масштабным проектам, и уже планируют отправиться с беспилотниками в Арктику.