Математический детектив в погоне за чистым воздухом: учёные ЮУрГУ нашли способ точнее определять источники пыли в помещениях
Учёные Южно-Уральского государственного университета предложили метод, который помогает понять, откуда в квартиры, офисы и аудитории попадает опасная мелкая пыль. Исследование доцентов ЮУрГУ Татьяны Крупновой и Ольги Раковой поддержал Российский научный фонд — проект № 25‑27‑00030. Работа опубликована в журнале International Journal of Environmental Research (входит в Scopus).
Речь идёт о частицах PM₂.₅ — это очень мелкая пыль диаметром не более 2,5 микрометра. Для сравнения: человеческий волос примерно в 30 раз толще. Такие частицы появляются при сгорании топлива, работе промышленных печей и движении автомобилей. Они могут проникать глубоко в лёгкие, а затем попадать в кровь.
Учёные исследовали воздух внутри и снаружи квартир, а также в университетских аудиториях и лабораториях. Пробы собирали в два сезона, чтобы учесть влияние погоды.
Оказалось, что более 80% уличной пыли составляет именно мелкая фракция PM₂.₅. В помещениях её концентрация всего на 11% ниже, чем снаружи.
Это значит, что значительная часть опасной пыли попадает в дома и учебные помещения с улицы, а не возникает внутри — например, из-за ковров или приготовления еды.
Читайте также:
Ученые ЮУрГУ: в борьбе с депрессией барбарис помогает лучше антидепрессантов
Группа учёных ЮУрГУ – директор Высшей Медико-биологической школы Ирина Потороко, Вариша Анжум и Аммар Кади — вместе с коллегами из Индии рассчитали эффективность барбариса в борьбе с депрессией. В плодах растения Berberis vulgaris содержится алкалоид берберин — природное средство, которое вполне может соперничать с таблетками в лечении этого недуга.
Чтобы понять, какие именно внешние источники влияют на воздух в помещениях, исследователи использовали метод положительной матричной факторизации — Positive Matrix Factorization, или PMF.
Если объяснить просто, это похоже на разбор коктейля. Если перед нами несколько стаканов напитка, где смешаны соки, лимон и сахар, мы не видим каждый ингредиент отдельно. Но можем сравнить состав разных стаканов и постепенно понять: какие "рецепты" в них повторяются и сколько каждого компонента оказалось в каждом "стакане".
Так же работает PMF. Учёные проанализировали концентрации 12 металлов и металлоидов: алюминий, мышьяк, кадмий, кобальт, хром, медь, железо, марганец, никель, свинец, стронций и цинк. Алгоритм выделил характерные "химические почерки" разных источников и показал, какой вклад каждый из них вносит в конкретную пробу воздуха.
Читайте также:
Южно-Уральский государственный университет продолжает укреплять свои позиции как ведущий разработчик передовых технологий.
При этом метод учитывает погрешности измерений. Он не допускает "отрицательных выбросов" или других математически возможных, но физически бессмысленных результатов. Исследователи смогли выделить шесть типов внешних источников, которые формируют состав PM₂.₅ внутри помещений. Это промышленные производства, дорожная пыль, транспортные выбросы и другие факторы. Чтобы убедиться в надёжности результатов, исследователи провели две дополнительные проверки.
— Наше исследование показывает, что математическое моделирование – это не сухая теория, а мощный практический инструмент, – комментирует Татьяна Крупнова. – Благодаря гранту РНФ мы не только выявили источники, но и создали методологию, применимую для любого промышленного города России.
Эксперты отмечают, что это первое в России исследование, где метод PMF применили для количественной оценки качества именно внутреннего воздуха. В мире таких работ также немного: чаще учёные изучают загрязнение на улице, хотя в помещениях люди проводят до 90% времени.
Новый подход может помочь экологам и городским службам действовать точнее. Вместо общего призыва "улучшить экологию" можно определить, какой источник сильнее всего влияет на воздух в конкретном районе: предприятие, транспорт или дорожная пыль. А затем сосредоточить усилия именно там.
Читайте также:
Челябинские школьники выгуляли во дворе университета робособаку Бобика
Физики Челябинского госуниверситета выгуляли во дворе главного корпуса робособаку Бобика — "питомца" местной Лаборатории интернета вещей inSmart. Управлять робопсом с помощью джойстика доверили школьникам. Дети отнеслись к Бобику очень трогательно — после выполнения команд гладили, словно обычного питомца.
