stringtranslate.com

Минеральная пыль

Пылевые шлейфы у берегов Западной Африки и островов Зеленого Мыса .

Минеральная пыль — это атмосферный аэрозоль, образующийся из взвеси минералов , составляющих почву , состоящую из различных оксидов и карбонатов . Деятельность человека приводит к 25% воздушной пыли ( частиц ) в атмосфере [1] . Пустыня Сахара является основным источником минеральной пыли [2] , которая впоследствии распространяется через Средиземноморье (где она является источником дождевой пыли ) и Карибские моря в северную часть Южной Америки , Центральную Америку , восточную часть Северной Америки и Европу . Кроме того, она играет значительную роль в притоке питательных веществ в тропические леса Амазонки . [3] Пустыня Гоби является еще одним источником пыли в атмосфере, которая влияет на восточную Азию и западную часть Северной Америки [4] .

Характеристики

Минеральная пыль в основном состоит из оксидов (SiO 2 , Al 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3 , CaO и других) и карбонатов (CaCO 3 , MgCO 3 ), которые составляют земную кору . Состав минеральной пыли, обычно называемый в атмосферных науках минералогическим составом, имеет отношение к различным физическим и химическим процессам в атмосфере, например, оксиды с железом оказывают влияние на оптические свойства [5] с воздействием на климат [6] , в то время как второстепенные компоненты могут изменять роль в атмосфере минеральной пыли как ядер конденсации облаков [7] .

Глобальные выбросы минеральной пыли оцениваются в 1000-5000 миллионов тонн в год, [8] из которых большая часть приходится на пустыни. Хотя этот класс аэрозолей обычно считается имеющим естественное происхождение, предполагается, что около четверти выбросов минеральной пыли можно отнести к деятельности человека через опустынивание и изменения в землепользовании. [9] Недавние исследования подчеркивают, что доля крупных частиц (называемых грубой пылью) может быть выше, чем считалось ранее [10], и поэтому общие выбросы также будут выше [11] .

Большие концентрации пыли могут вызывать проблемы у людей с респираторными заболеваниями. Другим эффектом пылевых облаков являются более красочные закаты .

Сахарская пыль

Спутниковый снимок пылевого облака Сахары (2000 г.) над восточной частью Атлантического океана.

Сахара является основным источником минеральной пыли на Земле (60-200 миллионов тонн в год). [12] Сахарская пыль может подниматься конвекцией над жаркими пустынными районами и, таким образом, достигать очень больших высот; оттуда она может переноситься по всему миру ветрами, преодолевая расстояния в тысячи километров. Пыль в сочетании с чрезвычайно горячим, сухим воздухом пустыни Сахара часто образует атмосферный слой, называемый сахарским воздушным слоем , который оказывает значительное влияние на тропическую погоду, особенно потому, что он препятствует развитию ураганов .

График, связывающий пыль с гибелью различных кораллов в Карибском море и во Флориде .
На снимках видно, как сахарская пыль пересекает Атлантику.
Сахарская пыль, обнаруженная на Швабском полуострове Юра ( Германия )

Существует большая изменчивость в переносе пыли через Атлантику в Карибский бассейн и Флориду из года в год. В некоторые годы африканская пыль наблюдается вдоль большей части восточного побережья Соединенных Штатов и видна в небе. Из-за пассатов очень большие концентрации минеральной пыли можно обнаружить в тропической Атлантике, достигая Карибского бассейна; более того, эпизодический перенос в Средиземноморский регион . [13] Сахарские шлейфы могут образовывать иберулиты (особое тропосферное скопление аэрозолей), когда эти шлейфы проходят через Северную Африку и восточную часть Северной Атлантики и часто достигают средиземноморских районов Западной Европы. В Средиземноморском регионе сахарская пыль важна, поскольку она представляет собой основной источник питательных веществ для фитопланктона и других водных организмов. Сахарская пыль переносит грибок Aspergillus sydowii и другие. [14] Аспергилл, переносимый сахарской пылью, попадает в Карибское море и, возможно, заражает коралловые рифы болезнью морского веера ( аспергиллезом ). Он также связан с увеличением случаев детских приступов астмы в Карибском море. С 1970 года вспышки пыли усилились из-за периодов засухи в Африке. [15] Пылевые события были связаны с ухудшением здоровья коралловых рифов в Карибском море и во Флориде , в первую очередь с 1970-х годов. [16]

Влияние на частоту ураганов

Согласно статье НАСА [17] , спутники НАСА показали, что «охлаждающий эффект пыли стал причиной одной трети падения температуры морской поверхности Северной Атлантики в период с июня 2005 по 2006 год, что, возможно, способствовало разнице в активности ураганов между двумя сезонами». В 2006 году было всего 5 ураганов по сравнению с 15 в 2005 году.

Известно, что одним из основных факторов, создающих ураганы, является высокая температура воды на поверхности океана. Факты показывают, что пыль из пустыни Сахара привела к тому, что температура поверхности в 2006 году была ниже, чем в 2005 году.

азиатская пыль

Айдзувакамацу , Япония, ясное небо.
Айдзувакамацу , Япония, окутанная азиатской пылью, 2 апреля 2007 года.

В Восточной Азии минеральные пылевые явления, возникающие в пустыне Гоби (Южная Монголия и Северный Китай) весной, вызывают явление, называемое азиатской пылью . Аэрозоли переносятся на восток преобладающими ветрами и проходят над Китаем, Кореей и Японией. Иногда значительные концентрации пыли могут переноситься вплоть до западной части Соединенных Штатов. [18] Районы, затронутые азиатской пылью, испытывают ухудшение видимости и проблемы со здоровьем, такие как боль в горле и затрудненное дыхание. Однако воздействие азиатской пыли не является строго отрицательным, поскольку считается, что ее осаждение обогащает почву важными микроэлементами.

Американское исследование [19], анализирующее состав азиатских пылевых событий, достигающих Колорадо, связывает их с присутствием оксида углерода , возможно, включенного в воздушную массу, проходящую над индустриальными регионами Азии. Хотя пыльные бури в пустыне Гоби время от времени случались на протяжении всей истории, они стали ярко выраженной проблемой во второй половине 20-го века из-за усиления сельскохозяйственного давления и опустынивания .

Североамериканская пыль

Минеральная пыль имеет несколько источников на североамериканском континенте, включая Юго-Запад, Великие равнины и Аляску. На Юго-Западе пыль влияет на здоровье человека, [20] [21] видимость, [22] [23] производительность озер [24] и скорость таяния снегов в Скалистых горах. [25] Отложение пыли резко возросло с начала 1800-х годов по сравнению с естественным фоном [26] [27] [28] из-за интенсификации человеческой деятельности. [29]

Связь с засухой

Засушливые и полузасушливые регионы естественным образом подвержены выбросам пыли. [30] Влажность почвы является важной переменной, контролирующей выбросы пыли, наряду с растительным покровом, скоростью ветра и типом почвы. Несколько исследований, основанных на современных наблюдениях, показывают положительные связи (т. е. увеличение засухи увеличивает пыль) между пылью и условиями засухи в каждой фазе цикла пыли, от выбросов, [31] до атмосферной нагрузки, [32] и осаждения. [33] Однако исследования, основанные на палеоданных записях осаждения пыли (например, с использованием озерных отложений), которые специально изучали мегазасухи, показывают как увеличение [28] , так и отсутствие изменений [27] [34] в осаждении пыли. Исследование Раутсона показало увеличение осаждения во время мегазасух, но использовало меру концентрации пыли, а не накопления, на которое влияет скорость седиментации. Исследование Раутсона вместо этого использовало скорости накопления пыли и не обнаружило никакой разницы между осаждением пыли в засушливые годы и мегазасухами и осаждением во время нормальных гидроклиматических условий. Вместо этого они обнаружили, что осаждение пыли, скорее всего, контролируется механизмами переноса и поставкой осадка, чем гидроклиматом. Аналогичным образом, Аркуза не обнаружил доказательств более высокого осаждения пыли во время засухи в масштабах нескольких десятилетий и столетий. [34] Они также обнаружили, что поступление осадка играло ключевую роль, о чем свидетельствует 60%-ное увеличение осаждения в 1800-х годах из-за ускоряющегося нарушения земель.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ginoux, Paul; Prospero, Joseph M.; Gill, Thomas E.; Hsu, N. Christina; Zhao, Ming (сентябрь 2012 г.). "Глобальная атрибуция антропогенных и природных источников пыли и скорости их выбросов на основе аэрозольных продуктов MODIS Deep Blue". Reviews of Geophysics . 50 (3). Bibcode : 2012RvGeo..50.3005G. doi : 10.1029/2012RG000388. ISSN  8755-1209.
  2. ^ Чека-Гарсия, Рамиро; Балканский, Ив; Альбани, Самуэль; Бергман, Томми; Карслоу, Кен; Козич, Энн; Дирден, Крис; Мартикорена, Беатрис; Мишу, Мартина; ван Нойе, Тван; Набат, Пьер; О'Коннор, Фиона М.; Оливье, Дирк; Просперо, Джозеф М.; Ле Сагер, Филипп (08 июля 2021 г.). «Оценка природных аэрозолей в моделях системы Земли CRESCENDO (ESM): минеральная пыль». Химия и физика атмосферы . 21 (13): 10295–10335. Бибкод : 2021ACP....2110295C. дои : 10.5194/acp-21-10295-2021 . ISSN  1680-7316.
  3. ^ Корен, И.; Кауфман, Й. Дж.; Вашингтон, Р.; Тодд, М. К.; Рудич, Й.; Мартинс, Дж. В.; Розенфельд, Д. (2006). «Впадина Боделе: единственное место в Сахаре, которое поставляет большую часть минеральной пыли в леса Амазонки». Environmental Research Letters . 1 (1): 014005. Bibcode : 2006ERL.....1a4005K. doi : 10.1088/1748-9326/1/1/014005 .
  4. ^ Шао, Япин; Вайрволл, Карл-Хайнц; Чаппелл, Адриан; Хуан, Цзяньпин; Линь, Чжаохуэй; МакТайнш, Грант Х.; Миками, Масао; Танака, Тайчу И.; Ван, Сюлун; Юн, Сунчан (март 2011 г.). «Цикл пыли: новая основная тема в науке о системе Земли». Aeolian Research . 2 (4): 181–204. Bibcode : 2011AeoRe...2..181S. doi : 10.1016/j.aeolia.2011.02.001.
  5. ^ Sand, Maria; Samset, Bjørn H.; Myhre, Gunnar; Gliß, Jonas; Bauer, Susanne E.; Bian, Huisheng; Chin, Mian; Checa-Garcia, Ramiro; Ginoux, Paul; Kipling, Zak; Kirkevåg, Alf; Kokkola, Harri; Le Sager, Philippe; Lund, Marianne T.; Matsui, Hitoshi (2021-10-26). "Аэрозольное поглощение в глобальных моделях из фазы III AeroCom". Atmospheric Chemistry and Physics . 21 (20): 15929–15947. Bibcode : 2021ACP....2115929S. doi : 10.5194/acp-21-15929-2021 . ISSN  1680-7316.
  6. ^ Цзинь, Циньцзянь; Ян, Цзун-Лян; Вэй, Цзянфэн (28.07.2016). «Высокая чувствительность летнего индийского муссона к абсорбционным свойствам пыли на Ближнем Востоке». Scientific Reports . 6 (1): 30690. Bibcode :2016NatSR...630690J. doi :10.1038/srep30690. ISSN  2045-2322. PMC 4964619 . PMID  27465689. 
  7. ^ Келли, Джеймс Т.; Чуан, Кэтрин К.; Векслер, Энтони С. (2007-05-01). «Влияние состава пыли на образование облачных капель». Atmospheric Environment . 41 (14): 2904–2916. Bibcode : 2007AtmEn..41.2904K. doi : 10.1016/j.atmosenv.2006.12.008. ISSN  1352-2310.
  8. ^ Хуниус, Н.; Шульц, М.; Балканский, Ю.; Грисфеллер, Дж.; Просперо, Дж.; Кинне, С.; Бауэр, С.; Баучер, О.; Чин, М.; Дентенер, Ф.; Диль, Т.; Пасха, Р.; Филлмор, Д.; Ган, С.; Жину, П.; Грини, А.; Горовиц, Л.; Кох, Д.; Крол, MC; Лендинг, В.; Лю, X.; Маховальд, Н.; Миллер, Р.; Моркретт, Ж.-Ж.; Мире, Г.; Пеннер, Дж.; Перлвиц, Дж.; Стир, П.; Такемура, Т.; Зендер, CS (2011). «Взаимное сравнение глобальных моделей пыли на этапе I AeroCom». Химия и физика атмосферы . 11 (15): 7781. Библиографический код : 2011ACP....11.7781H. doi : 10.5194/acp-11-7781-2011 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-1B7F-5 .
  9. ^ Ginoux, P.; Prospero, JM; Gill, TE; Hsu, NC; Zhao, M. (2012). "Глобальная атрибуция антропогенных и природных источников пыли и скорости их выбросов на основе аэрозольных продуктов MODIS Deep Blue". Reviews of Geophysics . 50 (3): RG3005. Bibcode : 2012RvGeo..50.3005G. CiteSeerX 10.1.1.295.2808 . doi : 10.1029/2012RG000388. S2CID  14181456. 
  10. ^ Кок, Джаспер Ф.; Адебии, Адейеми А.; Альбани, Самуэль; Балканский, Ив; Чека-Гарсия, Рамиро; Чин, Миан; Коларко, Питер Р.; Гамильтон, Дуглас С.; Хуан, Юэ; Ито, Акинори; Клозе, Мартина; Ли, Лонглей; Маховальд, Натали М.; Миллер, Рон Л.; Обизо, Винченцо (27 мая 2021 г.). «Вклад основных мировых источников пыли в глобальный цикл пустынной пыли». Химия и физика атмосферы . 21 (10): 8169–8193. Бибкод : 2021ACP....21.8169K. дои : 10.5194/acp-21-8169-2021 . ISSN  1680-7316.
  11. ^ Адебии, Адейеми; Кок, Джаспер Ф.; Мюррей, Бенджамин Дж.; Райдер, Клэр Л.; Штут, Ян-Беренд В.; Кан, Ральф А.; Книпперц, Питер; Форменти, Паола; Маховальд, Натали М.; Перес Гарсиа-Пандо, Карлос; Клозе, Мартина; Ансманн, Альберт; Самсет, Бьёрн Х.; Ито, Акинори; Балкански, Ив (1 января 2023 г.). «Обзор крупной минеральной пыли в системе Земли». Эоловые исследования . 60 : 100849. Бибкод : 2023AeoRe..6000849A. дои : 10.1016/j.aeolia.2022.100849. ISSN  1875-9637.
  12. ^ "Земля из космоса: Пески Сахары". www.esa.int . 2010-09-10 . Получено 2024-10-15 .
  13. ^ Stuut,JB.,Smalley,IJ,O'Hara-Dhand,K. 2009. Эоловая пыль в Европе: африканские источники и европейские отложения. Quaternary International 198, 234-245. doi:10.1016/j.quaint 2008.10.007.
  14. ^ Шлезингер, П.; Мамане, Ю.; Гришкан, И. (2006). «Транспорт микроорганизмов в Израиль во время пылевых событий в Сахаре». Aerobiologia . 22 (4): 259. Bibcode : 2006Aerob..22..259S. doi : 10.1007/s10453-006-9038-7. S2CID  84442418.«В ясный весенний день сохраняющимися в воздухе грибами были Alternaria alternata, Geotrichum candidum, Penicillium chrysogenum и P. glabrum. Однако во время двух пылевых событий популяция грибов доминировала Alternaria alternata, Aspergillus fumigatus, A. niger, A. thomii, Cladosporium cladosporioides, Penicillium chrysogenum и P. griseoroseum. Это исследование предполагает, что пылевые события в Сахаре и других пустынях Восточного Средиземноморья оказывают значительное влияние на популяции микробов в воздухе, что может повлиять на здоровье, сельское хозяйство и экологию».
  15. ^ Usinfo.state.gov. Исследование показывает, что африканская пыль влияет на климат в США и Карибском бассейне. Архивировано 20 июня 2007 г. на Wayback Machine. Получено 10 июня 2007 г.
  16. ^ "Смертность кораллов и африканская пыль". Геологическая служба США . 6 декабря 2006 г. Архивировано из оригинала 6 октября 2007 г. Получено 10 июня 2007 г.
  17. ^ Хансен, Кэтрин (17 декабря 2007 г.). «Пыль Шарана оказывает охлаждающее воздействие на Северную Атлантику». NASA . Архивировано из оригинала 2017-05-31 . Получено 2008-01-08 .
  18. ↑ О'Брайен, Деннис (24 июня 2005 г.). «Blowing in the Wind» (Дует ветер). The Baltimore Sun. Архивировано из оригинала 6 октября 2007 г. Получено 10 июня 2007 г. – через кафедру метеорологии Университета Юты .
  19. ^ ДеБелл, Линси Дж.; Воццелла, Марси; Тэлбот, Роберт В.; Дибб, Джек Э. (16.01.2004). "Азиатские пылевые бури весны 2001 года и связанные с ними загрязняющие вещества, наблюдавшиеся в Новой Англии сетью мониторинга атмосферных исследований, регионального моделирования, анализа и прогнозирования (AIRMAP)". Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 109 (D1). Bibcode : 2004JGRD..109.1304D. doi : 10.1029/2003JD003733. ISSN  0148-0227.
  20. ^ Тонг, Дэниел К.; Ван, Джулиан XL; Гилл, Томас Э.; Лей, Ханг; Ван, Бинью (2017-05-16). «Усиление активности пыльных бурь и инфекция лихорадки долины на юго-западе США: усиление лихорадки пыли и долины». Geophysical Research Letters . 44 (9): 4304–4312. doi :10.1002/2017GL073524. PMC 6108409. PMID 30166741  . 
  21. ^ Goudie, Andrew S. (февраль 2014 г.). «Пустынная пыль и нарушения здоровья человека». Environment International . 63 : 101–113. Bibcode : 2014EnInt..63..101G. doi : 10.1016/j.envint.2013.10.011. PMID  24275707. Архивировано из оригинала 2020-08-18 . Получено 2019-12-03 .
  22. ^ Триджонис, Джон (январь 1979). «Видимость на юго-западе — исследование исторической базы данных». Atmospheric Environment . 13 (6): 833–843. Bibcode : 1979AtmEn..13..833T. doi : 10.1016/0004-6981(79)90274-9.
  23. ^ Ли, Джунран; Кандакджи, Тарек; Ли, Джеффри А.; Татарко, Джон; Блэквелл, Джон; Гилл, Томас Э.; Коллинз, Джо Д. (апрель 2018 г.). «Пыльные бури и безопасность на шоссе на юго-западе США: характеристики «горячих точек» выбросов пыли и последствия управления». Science of the Total Environment . 621 : 1023–1032. Bibcode : 2018ScTEn.621.1023L. doi : 10.1016/j.scitotenv.2017.10.124. PMID  29102198.
  24. ^ Ballantyne, AP; Brahney, J.; Fernandez, D.; Lawrence, CL; Saros, J.; Neff, JC (2011-09-23). ​​«Биогеохимическая реакция альпийских озер на недавнее увеличение отложений пыли на юго-западе США». Biogeosciences . 8 (9): 2689–2706. Bibcode : 2011BGeo....8.2689B. doi : 10.5194/bg-8-2689-2011 . ISSN  1726-4189.
  25. ^ Painter, Thomas H.; Skiles, S. McKenzie; Deems, Jeffrey S.; Brandt, W. Tyler; Dozier, Jeff (2018-01-28). «Изменение в восходящем плече гидрографа стока талых вод реки Колорадо, контролируемое воздействием пылевого излучения в снеге». Geophysical Research Letters . 45 (2): 797–808. Bibcode : 2018GeoRL..45..797P. doi : 10.1002/2017GL075826 . S2CID  134958509.
  26. ^ Neff, JC; Ballantyne, AP; Farmer, GL; Mahowald, NM; Conroy, JL; Landry, CC; Overpeck, JT; Painter, TH; Lawrence, CR (март 2008 г.). «Увеличение отложений эоловой пыли на западе США связано с деятельностью человека». Nature Geoscience . 1 (3): 189–195. Bibcode :2008NatGe...1..189N. doi :10.1038/ngeo133. ISSN  1752-0894. S2CID  10132569.
  27. ^ ab Routson, Cody C.; Arcusa, Stéphanie H.; McKay, Nicholas P.; Overpeck, Jonathan T. (19 июля 2019 г.). «4500-летняя летопись отложения пыли на юге Скалистых гор». Geophysical Research Letters . 46 (14): 8281–8288. Bibcode : 2019GeoRL..46.8281R. doi : 10.1029/2019GL083255. hdl : 2027.42/151372 . ISSN  0094-8276. S2CID  198396202.
  28. ^ ab Routson, Cody C.; Overpeck, Jonathan T.; Woodhouse, Connie A .; Kenney, William F. (2016-02-17). Zhu, Liping (ред.). "Три тысячелетия запыленности юго-запада Северной Америки и ее последствия в будущем". PLOS ONE . 11 (2): e0149573. Bibcode : 2016PLoSO..1149573R. doi : 10.1371/journal.pone.0149573 . ISSN  1932-6203. PMC 4757576. PMID 26886350  . 
  29. ^ Абруцци, Уильям С. (1995-03-01). «Социальные и экологические последствия раннего разведения крупного рогатого скота в бассейне реки Литл-Колорадо». Экология человека . 23 (1): 75–98. Bibcode : 1995HumEc..23...75A. doi : 10.1007/BF01190099. ISSN  1572-9915. S2CID  154833651.
  30. ^ Пай, К. (1987). Эоловая пыль и пылевые отложения . Лондон: Academic Press. С. 63–91. ISBN 978-0-12-568690-7.
  31. ^ Окин, Грегори С.; Рехейс, Марис К. (май 2002 г.). «Предсказатель выбросов пыли на юго-западе США по ЭНСО: ПРЕДСКАЗАТЕЛЬ ВЫБРОСОВ ПЫЛИ ПО ЭНСО». Geophysical Research Letters . 29 (9): 46–1–46-3. doi :10.1029/2001GL014494. S2CID  129866494.
  32. ^ Achakulwisut, Pattanun; Shen, Lu; Mickley, Loretta J. (2017-11-27). «Что контролирует весеннюю изменчивость мелкой пыли на западе США? Исследование увеличения мелкой пыли на юго-западе США в 2002–2015 годах: факторы контроля западной пыли США». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (22): 12, 449–12, 467. doi : 10.1002/2017JD027208 . S2CID  102488347.
  33. ^ Reheis, Marith C.; Urban, Frank E. (июнь 2011 г.). «Региональный и климатический контроль сезонного осаждения пыли на юго-западе США» Aeolian Research . 3 (1): 3–21. Bibcode : 2011AeoRe...3....3R. doi : 10.1016/j.aeolia.2011.03.008.
  34. ^ ab Arcusa, Stephanie H; McKay, Nicholas P; Routson, Cody C; Munoz, Samuel E (18.09.2019). «Взаимодействие пыли и засухи за последние 15 000 лет: сеть записей об озерных отложениях в горах Сан-Хуан, Колорадо». Голоцен . 30 (4): 559–574. doi : 10.1177/0959683619875192. ISSN  0959-6836. S2CID  220596313.

Внешние ссылки