Вихревые столбы песка и пыли, известные как пылевые вихри, характерны для пустынных районов Марса и Земли. Теперь исследование земных пылевых вихрей показало, что около двух третей мелких частиц, поднятых этими вихрями, могут оставаться во взвешенном состоянии в атмосфере и переноситься по всему земному шару. Полученные результаты имеют значение для климата и погоды обеих планет и, возможно, для здоровья человека здесь, на Земле. Результаты будут представлены д-ром Яном Рааком из Открытого университета на Европейском планетарном научном конгрессе (EPSC) 2017 в Риге, Латвия, в понедельник, 18 сентября 2017 года.
Исследование, проведенное Рааком и международной группой сотрудников, дает важную информацию о вкладе пылевых вихрей в минеральные аэрозоли в атмосферах планет. Считается, что около половины пыли, поднимаемой в марсианскую атмосферу каждый год, исходит от пылевых вихрей. Однако на сегодняшний день структура этих вихрей изучена недостаточно. Поскольку земные пылевые смерчи действуют очень похоже на марсианские, Раак и его коллеги за последние пять лет провели несколько полевых исследований для изучения пылевых смерчей в трех разных пустынях на Земле, в Китае, Марокко и США. Исследователи взяли образцы зерен, поднятых пылевыми вихрями на разной высоте, изучили следы, оставленные пылевыми вихрями на поверхности, и измерили физические и метеорологические свойства пылевых вихрей.
Раак объясняет: «Метод отбора проб прост, хотя на самом деле не так уж и приятен, так как требует пескоструйной обработки. По сути, мы обклеиваем пятиметровую алюминиевую трубу двусторонним скотчем и натыкаемся на активного пылевого дьявола. Мы держим стрелу вертикально на пути вихря пыли и ждем, пока вихрь не пройдет над стрелой. На липкой ленте собираются многочисленные крупинки, которые сохраняются на месте путем прижатия участков ленты с разной высоты к предметным стеклам».
В лаборатории предметные стекла анализируют под оптическим микроскопом, измеряют и подсчитывают все зерна, чтобы получить подробное относительное распределение размера зерен отобранных пылевых вихрей. Результаты, представленные на EPSC 2017, сосредоточены на образцах, взятых во время полевых кампаний на юге и юго-западе Марокко, финансируемых Europlanet и поддерживаемых Центром Ибн Баттута в Марракеше.
«Мы обнаружили, что измеренные нами пылевые вихри имеют очень похожую структуру, несмотря на разную силу и размеры. Распределение размеров частиц внутри пылевых вихрей, по-видимому, соответствует распределению размеров зерен на поверхности, над которой они пролетают. Нам удалось подтвердить наличие песчаной юбки - нижней части пылевого вихря с высокой концентрацией более крупных песчинок - и большинство частиц было поднято только в пределах первого метра. Однако уменьшение диаметра зерна с высотой происходит почти экспоненциально», - говорит Раак.
В земных пылевых вихрях команда обнаружила, что около 60-70% всех мелких частиц пыли (диаметром до трех сотых миллиметра) остаются во взвешенном состоянии. Эти небольшие минеральные аэрозоли могут переноситься на большие расстояния по Земле и оказывать влияние на климат и погоду. Они также могут достигать населенных пунктов, влияя на качество воздуха и здоровье человека. На засушливом Марсе, где большая часть поверхности похожа на пустыню, а содержание пыли намного выше, воздействие еще сильнее.
Дальнейший анализ наборов данных будет включать метеорологические измерения пылевых вихрей, которые будут использоваться для интерпретации данных, полученных посадочными модулями и марсоходами на Марсе, включая марсоход Curiosity и предстоящие миссии посадочных модулей ExoMars и InSight.