Пыльные бури: причины, механизмы и последствия.

Введение

Метеорологическое явление, распространенное в засушливых и полузасушливых регионах.

Пыльная буря, также называемая песчаной бурей, – это метеорологическое явление, часто встречающееся в засушливых и полузасушливых регионах. Пыльные бури возникают, когда порывистый ветер или другой сильный ветер поднимает с сухой поверхности песок и пыль. Мелкие частицы переносятся посредством сальтации и суспенсии – процесса, при котором почва перемещается с одного места и откладывается в другом. Основными наземными источниками пыли в атмосфере являются засушливые регионы Северной Африки, Ближнего Востока, Центральной Азии и Китая. Утверждается, что нерациональное управление засушливыми землями, такое как пренебрежение периодом залежи, увеличивает масштабы и частоту пыльных бурь, возникающих на окраинах пустынь, и изменяет как местный, так и глобальный климат, а также оказывает негативное влияние на местную экономику. Термин "песчаная буря" чаще всего используется применительно к пустынным пыльным бурям, особенно в пустыне Сахара, или в местах, где песок является преобладающим типом почвы, а не грязь или скала, когда, помимо мелких частиц, ухудшающих видимость, значительное количество более крупных песчинок поднимается близко к поверхности. Термин "пыльная буря" чаще используется, когда мелкие частицы разносятся на большие расстояния, особенно когда буря достигает городских районов.

Причины

По мере увеличения силы ветра, воздействующего на рыхлые частицы, частицы песка сначала начинают вибрировать, а затем перемещаются по поверхности в процессе, называемом сольтацией. При многократном ударе о землю они отслаивают и отрывают более мелкие частицы пыли, которые затем поднимаются в воздух во взвешенном состоянии. При скоростях ветра, превышающих те, которые способны поднять самые мелкие частицы, наблюдается множество пылевых зерен, перемещающихся различными способами: во взвешенном состоянии, посредством сольтации и ползания. Частицы становятся рыхлыми в основном из-за продолжительной засухи или засушливых условий, а также сильных ветров. Порывы ветра могут возникать из-за вытекающего из сильной грозы охлажденного воздуха. Или же порывы ветра могут быть вызваны сухим холодным фронтом: то есть холодным фронтом, перемещающимся в сухую воздушную массу и не вызывающим осадков – такой тип пыльных бурь был распространен в годы Пыльного котла в США. После прохождения сухого холодного фронта конвективная нестабильность, возникающая при прохождении более холодного воздуха над нагретой землей, может поддерживать пыльную бурю, начавшуюся у фронта. В пустынных районах пыльные и песчаные бури чаще всего вызываются либо вытекающими из гроз потоками воздуха, либо сильными градиентами давления, которые приводят к увеличению скорости ветра на большой площади. Вертикальный размер поднимаемой пыли или песка в значительной степени определяется стабильностью атмосферы над землей, а также весом частиц. В некоторых случаях пыль и песок могут быть ограничены относительно тонким слоем из-за низко расположенной температурной инверсии. В других случаях пыль (но не песок) может подниматься на большую высоту. Пыльные бури представляют серьезную угрозу для здоровья. Засуха и ветер способствуют возникновению пыльных бурь, как и ненадлежащие методы ведения сельского хозяйства и выпаса скота, которые обнажают пыль и песок для воздействия ветра. Лесные пожары также могут приводить к пыльным бурям. Одной из ненадлежащих сельскохозяйственных практик, способствующих возникновению пыльных бурь, является земледелие на сухих землях. Особенно плохими методами земледелия на сухих землях являются интенсивная обработка почвы или отсутствие посевов или покровных культур, когда штормы наносят ущерб в особенно уязвимые периоды до восстановления растительности. В полузасушливом климате эти практики повышают восприимчивость к пыльным бурям. Однако для борьбы с ветровой эрозией могут быть внедрены методы почвозащитного земледелия.

As the force of dust passing over loosely held particles increases, particles of sand first start to vibrate, then to move across the surface in a process called saltation. As they repeatedly strike the ground, they loosen and break off smaller particles of dust which then begin to travel in suspension. At wind speeds above that which causes the smallest to suspend, there will be a population of dust grains moving by a range of mechanisms: suspension, saltation and creep. Particles become loosely held mainly due to a prolonged drought or arid conditions, and high wind speeds. Gust fronts may be produced by the outflow of rain cooled air from an intense thunderstorm. Or, the wind gusts may be produced by a dry cold front: that is, a cold front that is moving into a dry air mass and is producing no precipitation—the type of dust storm which was common during the Dust Bowl years in the U. S. Following the passage of a dry cold front, convective instability resulting from cooler air riding over heated ground can maintain the dust storm initiated at the front. In desert areas, dust and sand storms are most commonly caused by either thunderstorm outflows, or by strong pressure gradients which cause an increase in wind velocity over a wide area. The vertical extent of the dust or sand that is raised is largely determined by the stability of the atmosphere above the ground as well as by the weight of the particulates. In some cases, dust and sand may be confined to a relatively shallow layer by a low lying temperature inversion. In other instances, dust (but not sand) may be lifted as high as Dust storms are a major health hazard. Drought and wind contribute to the emergence of dust storms, as do poor farming and grazing practices by exposing the dust and sand to the wind. Wildfires can lead to dust storms as well. One poor farming practice which contributes to dust storms is dryland farming. Particularly poor dryland farming techniques are intensive tillage or not having established crops or cover crops when storms strike at particularly vulnerable times prior to revegetation. In a semi arid climate, these practices increase susceptibility to dust storms. However, soil conservation practices may be implemented to control wind erosion.

Физические и экологические последствия

Песчаная буря может неожиданно переносить и уносить большие объемы песка. Пылевые бури могут переносить значительное количество пыли, причем передний край состоит из плотной пылевой стены высотой до нескольких метров. Пылевые и песчаные бури, приходящие из пустыни Сахара, локально известны как симум или симун (sîmūm, sîmūn). Хабуб (həbūb) – песчаная буря, часто встречающаяся в регионе Судана вокруг Хартума, особенно летом. Пустыня Сахара является ключевым источником пылевых бурь, в частности, депрессия Боделе и район, охватывающий территорию, где сходятся Мавритания, Мали и Алжир. Сахарская пыль часто выбрасывается в атмосферу Средиземноморья и переносится ветрами, иногда достигая даже центральной Европы и Великобритании. Сахарские пыльные бури увеличились примерно в 10 раз за последние полвека с 1950-х годов, что привело к потере верхнего слоя почвы в Нигере, Чаде, северной Нигерии и Буркина-Фасо. В Мавритании в начале 1960-х годов наблюдалось всего два пыльных шторма в год, тогда как с 2007 года их число достигло примерно 80 в год, по данным английского географа Эндрю Гуди, профессора Оксфордского университета. Уровни сахарской пыли, выносимой с восточного побережья Африки в июне 2007 года, были в пять раз выше, чем в июне 2006 года, и являлись самыми высокими, зафиксированными, по крайней мере, с 1999 года, что, возможно, достаточно охладило воды Атлантического океана, чтобы незначительно снизить активность ураганов в конце 2007 года. Также было показано, что пыльные бури способствуют распространению болезней по всему миру. Споры бактерий и грибков из почвы поднимаются в атмосферу во время бурь вместе с мельчайшими частицами и взаимодействуют с загрязнением воздуха в городах. Кратковременные последствия воздействия пустынной пыли включают немедленное усиление симптомов и ухудшение функции легких у людей, страдающих астмой, а также повышение смертности и заболеваемости, связанных с переносимой на большие расстояния пылью как из Сахары, так и из Азии, что указывает на негативное влияние частиц пыльных бурь на систему кровообращения. Пылевая пневмония возникает в результате вдыхания большого количества пыли. Длительное и незащищенное воздействие пылевой бури на дыхательную систему также может вызвать силикоз, который, если его не лечить, приведет к удушью; силикоз – неизлечимое заболевание, которое также может привести к раку легких. Существует также опасность развития кератоконъюнктивита сикка ("сухого глаза"), который в тяжелых случаях, без немедленного и адекватного лечения, может привести к слепоте.

A sandstorm can transport and carry large volumes of sand unexpectedly. Dust storms can carry large amounts of dust, with the leading edge being composed of a wall of thick dust as much as high. Dust and sand storms which come off the Sahara Desert are locally known as a simoom or simoon (sîmūm, sîmūn). The haboob (həbūb) is a sandstorm prevalent in the region of Sudan around Khartoum, with occurrences being most common in the summer. The Sahara desert is a key source of dust storms, particularly the Bodélé Depression and an area covering the confluence of Mauritania, Mali, and Algeria. Sahara dust is frequently emitted into the Mediterranean atmosphere and transported by the winds sometimes as far north as central Europe and Great Britain. Saharan dust storms have increased approximately 10 fold during the half century since the 1950s, causing topsoil loss in Niger, Chad, northern Nigeria, and Burkina Faso. In Mauritania there were just two dust storms a year in the early 1960s; there are about 80 a year since 2007, according to English geographer Andrew Goudie, professor at the University of Oxford. Levels of Saharan dust coming off the east coast of Africa in June 2007 were five times those observed in June 2006, and were the highest observed since at least 1999, which may have cooled Atlantic waters enough to slightly reduce hurricane activity in late 2007. Dust storms have also been shown to increase the spread of disease across the globe. Bacteria and fungus spores in the ground are blown into the atmosphere by the storms with the minute particles and interact with urban air pollution. Short term effects of exposure to desert dust include immediate increased symptoms and worsening of the lung function in individuals with asthma, increased mortality and morbidity from long transported dust from both Saharan and Asian dust storms suggesting that long transported dust storm particles adversely affects the circulatory system. Dust pneumonia is the result of large amounts of dust being inhaled. Prolonged and unprotected exposure of the respiratory system in a dust storm can also cause silicosis, which, if left untreated, will lead to asphyxiation; silicosis is an incurable condition that may also lead to lung cancer. There is also the danger of keratoconjunctivitis sicca ("dry eyes") which, in severe cases without immediate and proper treatment, can lead to blindness.

Экономическое воздействие

Пылевые бури вызывают потерю почвы в засушливых районах, и что еще хуже, они избирательно удаляют органическое вещество и самые легкие частицы, богатые питательными веществами, тем самым снижая продуктивность сельского хозяйства. Абразивное воздействие бури также повреждает молодые сельскохозяйственные растения. Пылевые бури снижают видимость, что влияет на авиа- и автомобильный транспорт. Однако пыль может оказывать и благотворное воздействие в местах отложения: тропические леса Центральной и Южной Америки получают значительное количество минеральных питательных веществ из Сахары; океанические районы, бедные железом, получают железо; а пыль на Гавайях способствует росту бананов. В северном Китае и на Среднем Западе США древние отложения пылевых бурь, известные как лёсс, представляют собой высокоплодородные почвы, но при нарушении почвозащитной растительности они также становятся значительным источником современных пылевых бурь. Существование иранских городов находится под угрозой из-за пылевых бурь.

На Марсе

Пылевые бури не ограничиваются Землей и также известны на Марсе. Эти пылевые бури могут охватывать гораздо большие территории, чем на Земле, иногда опоясывая всю планету, при этом скорость ветра может достигать [укажите скорость ветра]. Однако, учитывая значительно более низкое атмосферное давление Марса (примерно 1% от земного), интенсивность марсианских бурь никогда не достигнет силы ураганного ветра, характерной для Земли. Марсианские пылевые бури формируются, когда солнечное тепло нагревает марсианскую атмосферу, заставляя воздух перемещаться и поднимая пыль с поверхности. Вероятность возникновения бурь возрастает при больших перепадах температуры, таких как те, что наблюдаются на экваторе в марсианское лето.