В последние годы США сталкиваются с масштабными изменениями в своем климате и окружающей среде, одним из наиболее заметных проявлений которых является рост количества и силы лесных пожаров. Традиционно, на протяжении десятилетий, американская система мониторинга качества воздуха служила примером для всего мира, фиксируя уровни загрязнения и предупреждая население о рисках. Однако современные климатические и экологические вызовы, обусловленные в том числе и лесными пожарами, ставят под сомнение эффективность существующей инфраструктуры и требуют поиска новых подходов и технологий. Исторически улучшение качества воздуха в США было одной из выдающихся экологических побед. Уже с середины XX века национальные законодательные инициативы, такие как Закон о контроле загрязнения воздуха 1955 года и масштабный Закон о чистом воздухе 1970 года, заложили основы создания системы контроля за такими главными загрязнителями, как угарный газ, двуокись азота, озон и мелкие твердые частицы.
С помощью разветвленной сети наземных станций воздух стал измеряться регулярно, а результаты оценивались через простой и наглядный индекс качества воздуха (AQI), который помогал информировать граждан о рисках и принимать меры. Однако подходы, успешно работавшие для стационарных источников загрязнения, таких как промышленные предприятия или автотранспорт в городской среде, начинают давать сбои перед лицом новых вызовов. Лесные пожары, часто возникающие в удаленных и малонаселенных регионах, порождают масштабные и динамические облака дыма, переносимых ветром на сотни и тысячи километров, воздействуя тем самым на качество воздуха в густонаселенных районах, которые зачастую плохо оборудованы для своевременного обнаружения такого загрязнения. Основная проблема заключается в том, что существующая сеть мониторинговых станций сконцентрирована преимущественно вокруг крупных городов и промышленных зон. При этом значительная часть территории страны, особенно сельские районы, оказывается практически не охвачена измерениями воздуха — так называемые «пустыни мониторинга качества воздуха».
В таких местах, порой проживает большое количество уязвимых групп населения, включая людей с низким уровнем дохода и этнические меньшинства, которые остаются без необходимой информации о своем непосредственном окружении и здоровье. Рост частоты лесных пожаров еще больше усугубляет данную проблему. Пожар может возникнуть в любой точке и распространяться бесконтрольно, вырабатывая огромные объемы токсичных веществ, включая крайне опасные частицы диаметром менее 2.5 микрометров (PM2.5), которые способны проникать глубоко в легкие и кровоток, вызывая серьезные заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем.
Помимо этого, в дыму могут находиться свинец и другие тяжелые металлы, выделяющиеся при сжигании жилых построек, автомобилей и промышленных материалов. Традиционное оборудование для мониторинга воздуха, которое стоит порядка 50 тысяч долларов за устройство и требует постоянных затрат на обслуживание, просто не может в кратчайшие сроки масштабироваться и покрыть новые зоны риска. Это приводит к отсутствию своевременных и точных данных о качестве воздуха в условиях, когда проблема стоит острее, чем когда-либо. В связи с этим ученые и экологи обращают внимание на необходимость интеграции новых технологий и методов. Современные приборы с более низкой стоимостью, известные как датчики низкой точности, могут использоваться для расширения сети мониторинга.
Такие устройства устанавливаются в домашних условиях местными жителями или активистами и позволяют собирать обширные данные с меньшими затратами. Естественно, по точности они уступают профессиональным станциям, но вкупе с ними дают более полную картину. Кроме того, огромное значение приобретают спутниковые технологии. Спутники дают возможность отслеживать распространение дымовых облаков и концентрации загрязняющих веществ на обширных территориях, которые недоступны для наземных измерений. Они помогают выявлять «пустыни» в покрытии и направлять усилия по установке новых станций и предупреждению населения в реальном времени.
Использование данных с орбиты дает шанс оперативно оценивать масштабы загрязнения и прогнозировать его последствия. Интересным примером современного подхода к исследованию состава загрязнений является использование специализированных сетей, таких как ASCENT (Atmospheric Science and Chemistry Measurement Network), которые позволяют не просто фиксировать общее количество твердых частиц, а разбирать их химический состав и выявлять наиболее опасные составляющие. Анализ таких данных особенной важен, например, после крупных пожаров в густонаселенных районах, таких как недавние тушения в Лос-Анджелесе, где было обнаружено резкое повышение концентраций свинца в воздухе, что напрямую связано с горящими зданиями и транспортом. Мониторинг в условиях динамично меняющейся обстановки требует мультидисциплинарного подхода. Важно объединять данные наземных станций, спутников, мобильных датчиков, а также использовать математическое моделирование и искусственный интеллект для предсказания движений дымовых потоков и оценки риска.
Такие подходы позволяют точно информировать населения и органы власти, оптимизировать ресурсы и разрабатывать программы по защите здоровья. Также неотъемлемая роль в системе мониторинга принадлежит государственным, региональным и местным организациям, которые инициируют мобильные мониторинги и проекты, ориентированные на уязвимые сообщества. Примером является программа Community Air Monitoring Initiative в штате Нью-Йорк, где с помощью мобильных технологий измерялось качество воздуха в местах с традиционно высокой нагрузкой от загрязнений. Подобные проекты способствуют выявлению слабых звеньев в системе и развитию решений, направленных на повышение экологической справедливости. В перспективе можно ожидать дальнейшего развития и оптимизации инфраструктуры мониторинга с помощью умных и компактных приборов, доступных для широкой общественности, а также постепенного внедрения новых подходов к законодательному регулированию, которые учтут вызовы, связанные с изменяющимся климатом и новыми источниками загрязнения.
