Газовый принцип: ученые создали ПО для мониторинга токсичных паров мазута

Российские ученые разработали компьютерную программу для прогноза распространения загрязнений воздуха, возникших в результате выброса мазута на Черноморском побережье. Система предсказывает движение воздушных масс на трое суток вперед. Изобретение полностью готово к практическому применению. По словам руководителя рабочей группы по отбору новых технологий для ликвидации последствий катастрофы, на оценку разработки хватит одного-двух дней, затем ее можно будет применять для мониторинга. Сейчас определить масштабы загрязнения атмосферы в результате взаимодействия с испарениями нефтепродуктов очень сложно, так для этого нет достаточных данных, поэтому разработка будет крайне актуальна, пояснили экологи.

Прогнозирование загрязнения воздуха

Специалисты Московского физико-технического института создали цифровую систему прогноза распространения загрязнений атмосферного воздуха, которая в первую очередь предназначена для мониторинга вредных испарений мазута в зоне катастрофы у побережья Черного и Азовского морей. Это компьютерная программа, которая моделирует перемещения воздушных масс и способна предсказывать ситуацию на трое суток вперед. Она разработана для нужд служб, которые борются с последствиями аварии.

— Как и у любой фракции нефтепродуктов, мазут выделяет углеводороды, соединения серы и соединения азота. Это может быть опасно для людей и животных. В МФТИ подготовили предложение по контролю загрязнения воздуха и загрязнения воды. Мы их составили при поддержке Агентства стратегических инициатив и передали в Минобрнауки. Сейчас ждем согласования, когда непосредственно сможем на месте уже начать эту работу, — сказал руководитель Лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Александр Родин.

Для волонтеров, которые работают с локализцией разлива мазута, вдыхание паров опасно тем, что оно может обострить имеющиеся у них заболевания дыхательной системы, отметил заведующий Лабораторией анализа показателей здоровья населения МФТИ Станислав Отставнов.

— Испарения в большом объеме также могут вызвать проблемы само по себе, это известно даже из курсов по технике безопасности. Поэтому во время работы лучше защищать органы дыхания, — сказал он.

По словам Александра Родина, если сейчас из-за невысоких температур загрязнение воздуха не так заметно, то к лету, когда тепло усилит испарения, ситуация может обостриться. Загрязнение не имеет форму конденсата, тумана или жидких капель, оно представляет собой газообразную примесь в воздухе. Программа учитывает несколько десятков видов примесей. Это достаточно большой список веществ, выброс которых может произойти в результате техногенных или природных катастроф.

Ученые использовали в системе свои прошлые наработки и зарубежные коды с открытым доступом. Программа включает в себя метеорологическую часть, учитывающую движение воздушных масс, перенос тепла, перенос влаги, осадки, а также модель переноса, которая рассчитывает, как будет двигаться загрязнение. Третья составляющая — химическая, она анализирует все возможные взаимодействия элементов, загрязняющих воздух.

Для расчетов программе необходимы данные с датчиков, установленных вблизи мест выбросов. Чем больше информации вносится в систему, тем точнее прогноз. Для более выверенных результатов нужно учитывать испарения от крупных пятен мазута, которые дрейфуют в море. Пробы с них можно брать непосредственно с поверхности моря. Так как воздушные массы постоянно изменяют свое местоположение, специалистам также понадобятся мобильные сенсоры, которые будут следовать за перемещением выбросов. Для мониторинга подойдут обычные серийные датчики.

Для работы системы достаточно хорошего сервера, отметили авторы проекта. Она запускается через обычный браузер и может использоваться сотрудниками без специальных знаний в метеорологии или информационных технологиях.

Оценка новых технологий для устранения последствий

Для взаимодействия с научными организациями министерство образования, науки и молодежной политики Краснодарского края сформировало рабочую группу оперативного штаба. Ее возглавил Виктор Анисимов, кандидат технических наук, директор Кубанского научного фонда. По его словам, разрешение на применение системы может быть дано буквально через день-два после ее регистрации на интернет-ресурсе Минобрнауки России, согласование может занять какое-то время.

— Процедура регистрации новых разработок выглядит очень просто. На сайте Минобрнауки России «Наука и инновации» открыта регистрация всех заявок. Разработка проходит экспертизу и комиссия рекомендует ее оперштабу для тиражирования. Чем быстрее зарегистрируется автор, тем скорее пройдет экспертиза. Это происходит в режиме реального времени. Буквально день-два и экспертиза пройдена, — сказал Виктор Анисимов.

По его словам, рабочая группа уже одобрила более сотни предложений. «Известия» направили запрос в Минобрнауки с просьбой прокомментировать, по каким критериям будут отбирать разработки.

Нефтепродукты, поступающие в окружающую среду в результате аварии, переносятся водой. С ними непрерывно происходит множество процессов, в том числе испарение в атмосферу. Это очень сложные процессы, для моделирования которых нужно множество данных, рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН Александр Асадчиев.

— Вычислительных мощностей обычно не хватает, чтобы детально воспроизвести всю физику процесса. Поэтому модель всегда что-то упрощает. Многое, что происходит с мазутом в море, не изучено. Тем не менее для принятия решений все это необходимо моделировать и срок прогноза в три дня выглядит разумным для этих целей. Так как чем короче срок, тем точнее можно предсказать событие, — сказал он.

По мнению координатора программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игоря Шкрадюка, оценить влияние выбросов мазута на атмосферу сейчас очень сложно, так как для этого нет необходимых данных.

— Сейчас прошло уже пять недель. И мы до сих пор не знаем ни одного результата измерений свойств мазута. Только после Нового года стало понятно, что это мазут М-100. Но у него может быть очень широкий диапазон свойств, так как для его производства используется разная нефть и делается он разными заводами. А это очень много значит. Зависимость плотности мазута от температуры мы тоже не знаем, поэтому не понимаем, при какой температуре он будет всплывать со дна. Также неизвестны его химический состав, вязкость, адгезия, и в том числе и кривая дистилляции. От этого показателя зависит сколько мазута останется пленкой на воде, а сколько улетит в воздух, — сказал Игоря Шкрадюк.

Для точного прогнозирования все эти показатели должны быть учтены в модели. Также важно включить в нее те вещества, которые образуются при испарении, резюмировал эксперт.