Отслеживать дым от лесных пожаров и загрязнения воздуха стало намного легче — для всех

Предисловие к переводу от редакции телеграм-канала @breathemoscow: как и в других странах мира, в России тоже активно развивается независимый гражданский мониторинг качества воздуха.

Он представлен проектами

• aircms.online,

• openair.city,

• «Дышим чистым»,

• «Тольятти, ДЫШИ!»,

• «Стерлитамак, Ишимбай, Салават, дыши!»,

• «Дыши. Омск»,

• «Cибай, дыши!»,

• nebo.live,

• картой «Чем дышит Москва», объединяющей данные государственного и гражданского мониторинга;

• breathe.moscow

• и другими.

Пока дым от лесных пожаров душит Западное побережье США, социальные сети наводнились информацией с краудсорсинговых карт, почти в реальном времени дающих сведения о загрязнении воздуха. Большая часть данных поступает с относительно недорогих датчиков произведённых компанией PurpleAir. Они существуют в продаже только в течение последних нескольких лет, но уже меняют всё — от правительственных карт качества воздуха до того, как жители заботятся друг о друге и следят за воздухом, которым дышат.

«Недорогие датчики качества воздуха, измеряющие загрязнение частицами, включая пыль, сажу и дым, оказались широко доступны большинству людей за пределами научного сообщества только в последнее десятилетие или около того», — сообщают изданию The Verge эксперты. По мере того, как люди борятся с загрязнителями вблизи от своего жилья и переносят сезоны пожаров, ставших ещё более опасными в результате изменения климата, датчики PurpleAir и другие им подобные становятся всё более популярными и эффективными.

«Сила не в тех, кто занимается мониторингом только у себя дома [и не делится информацией —Прим. перев.], она в тех, кто делится своими данными с другими людьми, а также в муниципалитетах и учёных», — говорит Нурия Кастелл, старший научный сотрудник изучающий новые технологии мониторинга загрязнений в Норвежском институте исследования воздуха (NILU), — «Мы собираем все данные вместе и результат — уже что-то весомое». Основанные на общественных данных карты качества воздуха имеют высокое разрешение и в самом деле могут привести к повышению как качества городского планирования, так и чистоты воздуха (если говорить о загрязнениях от пожаров, промышленности и других источников).

Вообще-то, проект PurpleAir зародился из-за проблемы с пылью. Его основатель Адриан Дибвад каждый день наблюдал, как пыль из гравийной шахты несётся вниз по склону и оседает прямо возле его дома недалеко от Солт Лейк Сити, штат Юта. Поскольку горнодобывающая компания строила планы по расширению, Дибвад хотел узнать, насколько эта пыль влияет на качество воздуха. Но поблизости не было никаких станций мониторинга загрязнений и он не смог разыскать ни одной на рынке, которая бы делала своё дело и не стоила при этом тысячи долларов. Так что Дибвад, имевший опыт в области монтажа электроники, компьютерных сетей и программирования, в 2015 году задался целью создать свою собственную станцию.

Это начинание переросло в проект PurpleAir: сеть из более, чем 9 700 недорогих датчиков качества воздуха, отправляющих данные на глобальную карту загрязнений воздуха почти в реальном времени. Впервые в этом году Агентство по охране окружающей среды США и Федеральная лесная служба США добавили отображение информации с датчиков PurpleAir на свою официальную карту пожаров и дыма.

Приобретение станций PurpleAir обходится в 280 долларов — не сказать, чтобы дёшево, но много меньше, чем многие зачастую отдают за новый смартфон. В сравнении с промышленным оборудованием, которое может стоить до 50 тысяч долларов и обычно используется исследователями для замера качества воздуха, станции PurpleAir обходятся считай даром.  

Этот огромный ценовой разброс отражает различия в производстве и эксплуатации датчиков. По словам Энтони Векслера, возглавляющего Исследовательский центр качества воздуха в Калифорнийском университете в Дэвисе, — дорогие высокоточные датчики обычно проходят тщательную калибровку, имеют больший размер и потребляют больше энергии. Некоторые из этих датчиков собирают частицы на фильтре, затем облучают их бета-излучением для определения массы задержанных частиц [по степени ослабления интенсивности излучения — Прим. перев]. В связи применением радиоактивного излучения оборудование такого типа требует получения разрешения на эксплуатацию. Другие датчики используют тончайшие кристаллы с вибрирующими почти как камертон фильтрами на конце [пьезоэлектрический метод — Прим. перев.], говорит Векслер. Характер вибрации меняется с массой собранных частиц. Также применяется и более длительный и старомодный способ измерения загрязнения мелкодисперсными частицами — взвешивание захваченных фильтром частиц в лаборатории [весовой метод — Прим. перев].

Датчики PurpleAir измеряют концентрацию мелкодисперсных частиц с помощью лазерных счетчиков частиц. «Вы просто светите лазером через воздух, висящие в нём частицы отражают свет, и детектор улавливает эти отражения», — объясняет Дибвад. Этот метод называется «динамическое светорассеяние» [или лазерная корреляционная спектроскопия — Прим перев.] и когда Дибвад задался целью сделать свой первый датчик в 2015 году, эта технология становилась всё более доступной, а датчики на её основе — ещё миниатюрнее.

Примерно в то же самое время немецкие гражданские учёные из Штутгарта тоже придумывали способ взять мониторинг качества воздуха в свои руки. В 2017 году, после встречи, прошедшей в подвале городской библиотеки, интернет-журнал Ensia сообщил, что группа разработала инструкцию по самостоятельной сборке датчиков качества воздуха. Проект назывался Luftdaten, что в переводе с немецкого означает «данные о воздухе» [теперь его название Sensor Community – https://maps.sensor.community], быстро разросся в Европе, также спорадически распространившись по другим частям мира. В Китае противодействие людей сильнейшему загрязнению воздуха тоже запустило разработку датчиков, которые каждый может себе позволить приобрести, говорят Векслер и Кастелл.

Дорогостоящие датчики являются гораздо более точными, чем что-либо, что любой может спокойно закинуть в корзину интернет-покупок. Эти датчики, используемые профессиональными исследователями также слишком дороги, чтобы их можно было размещать повсюду. «Существует компромисс между высокой точностью измерений в ограниченном наборе точек пространства и низкой точностью измерений в большом числе точек», — говорит Векслер. Где-то, где иначе датчика бы не было совсем, гораздо лучше иметь недорогой датчик, чем совсем никакого. По словам Векслера, «это гораздо лучше, чем ничего». 

На протяжении десятилетий люди живущие рядом с источниками загрязнений не имели никакой возможности предъявить доказательства для убеждения регулирующих органов и загрязнителей в том, что их здоровью наносится вред. Но теперь всё меняется. По словам Векслера, — «Недорогие датчики прекрасны, поскольку дают возможность жителям страдающим от загрязнений дать оценку происходящему, обратиться в регулирующие органы и сказать: „эй, эти ребята нас убивают”».

Эллен Голла приобрела датчик качества воздуха от PurpleAir в 2016 году для своего дома в сельском округе Гумбольдт, штат Калифорния. Она была обеспокоена загрязнениями от бытовых дровяных печей, которые, по ее мнению, официальные правительственные станции не улавливали с расстояния 30 миль. «Я дышала явно загрязнённым воздухом, но по словам чиновников нашего округа воздух был чистым. Мне нужны были данные о дыме от древесного топлива [именно] здесь [a не за 30 миль]», — пишет нам Голла, являющаяся соосновательницей организации по повышению осведомлённости о загрязнении дымом от древесного топлива.

Через месяц после того, как Голла установила свой датчик, неподалёку вспыхнул пожар. «Качество воздуха в наших окрестностях было невероятно низким в течение нескольких дней. Но представители окружных органов по надзору за качеством воздуха не выпустили рекомендации в связи с удушающими загрязнениями на севере нашего округа. Официально у нас с воздухом было всё хорошо, поскольку такие данные фиксировались на станции государственного мониторинга в 30 милях отсюда», — сказала Голла. Она начала публиковать свои собственные предупреждения на страничке Facebook и отправлять их друзьям по электронной почте, чтобы проявляли большую осмотрительность. «Думаю, именно тогда я впервые по-настоящему осознала мощь ведущегося благодаря гражданской науке мониторинга воздуха», — сказала она.

По мнению Векслера и Кастелл, недорогие имеющиеся в продаже датчики, скорее всего, еще недостаточно точны, чтобы при принятии регуляторных или нормативных решений можно было полагаться исключительно на них. Они могут не зарегистрировать очень мелкие частицы или при высокой атмосферной влажности перепутать с частицами [взвешенные — Прим. перев.] капли воды. Но многие из них достаточно хороши, чтобы повысить осведомлённость о загрязнении воздуха и начать принимать меры, сдвинув ситуацию с мёртвой точки. Когда качество воздуха совсем низкое — как это было на Западном побережье США за последние пару недель из-за лесных пожаров — показания не обязаны быть идеальными, чтобы люди поняли, что следует укрыться.

Кастелл также уверена, что недорогие датчики станут более точными — будь то благодаря изменениям в самом оборудовании или же в алгоритмах корректировки ошибки датчиков. 

Новая [государственная] карта AirNow, к примеру, применяет корректирующие уравнения к показаниям датчиков PurpleAir, используемым как источник данных. Агентство по охране окружающей среды США заявило, что обратилось к проекту PurpleAir по той причине, что его сеть стала очень большой, а также потому, что оно провело тестирование для оценки точности недорогих датчиков, сравнив их показания с показаниями государственных станций. Комбинированная карта является пилотной, и ее создатели все ещё выясняют, как улучшить этот инструмент.

«[Недорогие] сенсорные технологии действительно могут сыграть огромную роль, если мы будем в курсе их ограничений», — говорит Кастелл. «Я абсолютно уверена, что технологически мы продвинемся вперёд».

Для Дибвада, всё ещё живущего в том самом доме, где собрал свой первый датчик, это «странное чувство» — видеть, как каждый день сотни людей покупают его датчики, и всё это во время бушующих лесных пожаров, когда в дыму тонут огромные части Запада США. Он проверяет группу Facebook созданную для владельцев датчиков PurpleAir по крайней мере один или два раза в день и всё ещё продолжает [лично] отвечать на вопросы пользователей. «Происходящее является трагедией», — говорит Дибвад. 

Англоязычный оригинал публикации, 17.09.2020

Автор перевода с английского — IK

Перевод сделан специально для телеграм-канала @breathemoscow.

Владелец авторских прав на англоязычный оригинал – Vox Media, LLC, © 2020.