Смог Горит Рязань, дымит Москва. Что такое PM2.5 и чем мы дышим во время пожаров

К концу августа площадь лесных пожаров в Рязанской области достигла 8 616 гектаров, плотный смог накрыл всю Рязань и добрался до Москвы.

Огонь пытаются потушить уже больше недели. К работе привлекли семь самолетов и десять вертолетов. Они совершили свыше 350 вылетов и вылили на пламя более 2,5 тысяч тонн воды. «Чтобы жители Центральной России не чувствовали дым, просыпаясь по утрам», в Рязань отправились сотрудники и силы МЧС Москвы и Московской области.

Однако дым по прежнему ощутим и в столице, и особенно в Рязанской области. Согласно российской системе AirVoice, индекс качества воздуха (AQI) на датчиках Москвы 22 августа достиг десяти баллов загрязнения по десятибалльной шкале: концентрация тонкодисперсных частиц PM_2.5 составила 127 микрограмм на кубометр — это в 12 раз выше дневной нормы, установленной Всемирной организацией здравоохранения. При таких показателях пребывание на улице стоит сократить до минимума, а окна дома держать закрытыми.

В Рязани, как и в подавляющем большинстве городов России, подобных датчиков нет.

AirVoice — проект новосибирской компании CityAir, разрабатывающей оборудование для мониторинга качества воздуха. Данные для сервиса берутся с  государственных и собственных датчиков компании.

Шкала AQI, с которой работают датчики, учитывает чистоту воздуха из содержания шести веществ: озона, твердых частиц PM_2.5 и PM₁₀, монооксида углерода, оксида серы и оксида азота. В высоких концентрациях все эти вещества способны серьезно поражать органы дыхания, вызывая патологии вплоть до отека легких.

Во время пожаров выделяются именно PM_2.5 и менее вредные PM₁₀. PM_2.5 — это мельчайшие твердые частички разного химического состава, в основном из угля, размер которых в десятки раз меньше песчинки — отсюда их опасность: они могут попадать внутрь организма даже через кожу. При этом основная опасность PM_2.5 — накопление в организме, способное вызывать аллергические реакции, отравление и онкозаболевания.

Кирпичи в легких

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рассчитала нормы часового и суточного содержания PM_2.5 в воздухе. Неопасным считается содержание до 15-30 мкг/м³ частиц PM_2.5. На наиболее высоком десятом уровне загрязнения содержание частиц в кубическом метре воздуха — более 300 мкг/м³. Даже если абсолютно здоровый человек будет дышать чем-то подобным более часа, у него может начаться одышка. При этом обычно разные государства пользуются собственными шкалами.  Российская, например, очень устарела — ее нормы по содержанию PM_2.5 в воздухе в десятки раз выше, чем рекомендует ВОЗ.

Это хорошо видно из сводок Роспотребнадзора: 21 августа ведомство  сообщило, что загрязнения воздуха в столице не выявлено.

По данным ВОЗ, в Европе частицы PM_2.5 сокращают ожидаемую продолжительность жизни каждого человека на 8,6 месяцев, с их воздействием связаны порядка 5% смертей от рака легких, они также оказывают негативное влияние на сердечно-сосудистую систему (около  3% случаев смерти от кардиопульмонарной патологии). В 2015 году из-за этих частиц преждевременно погибли около 4,2 млн человек по всему миру.

Чтобы доказать властям опасность PM_2.5, в 2015 году китайский перфоманс-артист Brother Nut на протяжении 100 дней гулял по районам Пекина с включенным пылесосом. За это время в фильтре скопилось более 100 грамм черной пыли, ежедневно оседающей в дыхательных органах людей.

Пожары в Рязанской области серьезные. Но на всю Россию, за исключением семи регионов, приходится только 14% выбросов этих частиц. В первые дни пожара, когда в Рязанской области горело 181 га, Москву уже накрыл смог, а в 2021 году по всей России пожары затронули 18,6 млн га леса. В прошлом году эмиссии PM_2.5 увеличились почти в два раза, если сравнивать с усредненными данными за последние 16 лет. 

Влияние климата

Российские ученые математически доказали, что изменение климата непосредственно связано с увеличением числа пожаров и количества эмиссии PM_2.5. Они опубликовали исследование на эту тему в одном из крупнейших научных журналов, освещающих проблемы экологии, — Environmental Pollution. 

Данные о количестве эмиссий PM_2.5 ученые получили с помощью спутниковой системы наблюдения за атмосферой CAMS. Она распознает загрязняющие частички и создает дневную карту выбросов и может быть похожа на метеорологическую новостную сводку. Так ученые рассчитали объем всех эмиссий в мегатоннах для каждого региона России, где горели леса. В 2021 году их оказалось вдвое больше (8,1 мегатонн), чем средние показатели за последние 15 лет — 4,5 мегатонн. 

Чтобы изучить зависимость объема загрязняющих выбросов от погоды, ученые  создали математическую модель. Это формула, из которой делают сложный график. В нем есть неизменное число — объем эмиссий РМ, например, для Сахи. Это число «сопоставили» с погодными условиями в регионе и получили зависимость. Исследователи брали в расчет десять погодных критериев, среди которых площадь горения, температура воздуха, осадки, солнечное излучение, общее и даже потенциальное испарение влаги. По данным расчетов, в регионе

пожары на 96% зависят от погодных условий, а соответственно — от изменения климата. 

Фактически это исследование стало математическим подтверждением влияния изменения климата на количество пожаров, а значит — на эмиссию PM_2.5. 

Авторы исследования зафиксировали ключевое изменение, повлекшее за собой череду других. Средние температуры воздуха за последние 30 лет (с 1990 до 2021) превышали нормы на +3,6℃. К тому же перед пожароопасным сезоном — осенью и зимой 2020 года, — выпало малое  количество осадков. Вкупе это привело к более быстрому таянию снежного покрова, а значит — более быстрому испарению влаги из почвы и лесной подстилки.

Также в 2020–2021 годах, согласно их наблюдениям, снизилось количество влаги в растениях и деревьях, что сделало их более качественным «топливом» для пожаров. Особенно снежный покров важен для сосен и лиственниц — зимой корневая система защищена снегом от холодов, а весной он выступает в роли дополнительного источника влаги.

Лесной массив стал более чувствителен и к паразитам, сменившим ареал обитания из-за более высоких температур. Из-за воздействия насекомых кора деревьев становится более уязвимой к огню. Например, вредитель хвойных деревьев Сибирский шелкопряд, распространенный в Евразии, оказался склонным к перемещению из Иркутской области на юг Якутии, с юга на север Красноярского края. Всего за несколько лет наблюдений граница массового размножения продвинулась на 50 км к северу. Из-за увеличения средней температуры зимой до +3.6 ℃ личинки шелкопряда могут «просыпаться» раньше — достаточно 10℃ в подстилке. К тому же в поврежденных древостях активизировались вторичные вредители, например, жук-короед Уссурийский полиграф. Все эти изменения увеличивают интенсивность пожаров и их площадь.

«В свете этих изменений необходимо изменить политику пожаротушения — избавиться от “зон контроля” и начать тушить пожары, а не оставлять их на самотек. В прошлом году многие российские города накрыло смогом: Якутск, Красноярск, Новосибирск, Томск, Чита, Кемерово. А позже облако смога ушло в Казахстан. Пора учесть изменившиеся климатические условия, чтобы управление лесами помогало защитить лес от пожаров, а население — от угрозы здоровью в виде выбросов твердых частиц PM_2.5», — пояснили «Кедр.медиа» красноярские ученые из исследовательской группы.

Что делать

С 2015 года в России лесные территории распределили на три типа. «Зоны контроля» — ключевая проблема, препятствующая устранению лесных пожаров. Это труднодоступные территории, на которых пожары можно не тушить, если расходы на тушение превышают потенциальный ущерб, который пожар может нанести. 38% всего лесного фонда страны находятся в «зонах контроля». И практика показывает, что пожары в них не тушат почти никогда. За исключением случаев явной угрозы для поселений или инфраструктуры, находящихся в зоне поражения.

В 2021 году площадь «зон контроля» уменьшили на 15%, а бюджет на тушение пожаров в 2022 году увеличили в 2,4 раза — до 14 млрд рублей. Но этого недостаточно, считают в Greenpeace. В 2019 году там предложили план сокращения «зон контроля» в два раза — на 51,7%. А соответственно — увеличения бюджетов на тушение. По расчетам экологов, при таком сокращении площадей контролируемых зон, необходимы субсидии регионам в размере 25–30 млрд рублей в год.

Заниматься только тушением пожаров бесполезно — нужно проводить упреждающую работу. Около 93% всех лесных пожаров происходят по вине человека. Причиной весенних лесных пожаров чаще всего становятся палы сухой травы. Пожары также нередко начинаются из-за непотушенных костров, выстрелов во время охоты, брошенных окурков и «сплошного пала» на местах лесозаготовок: лесорубам по закону необходимо очистить территорию от мелких веток, и зачастую они просто поджигают порубочные остатки и оставляют их гореть.

Все это приводит к новым выбросам PM_2.5.