Представьте себе: миллионы тонн пластика, дрейфующего в океане, постоянно меняют цвет, форму и структуру под воздействием солнца и волн. Часть этого мусора плавает на поверхности, образуя целые острова, а остальное уходит на глубину, смешиваясь с песком и водорослями. Как же отследить этого неуловимого загрязнителя в глобальном масштабе? Об этом сообщает Университет Джорджии (UGA).
Свет как отпечаток пальца
Идея наблюдать за пластиком из космоса может показаться фантастикой, но новые научные работы доказывают её состоятельность. Ключ к разгадке — в уникальных "световых сигнатурах", которые оставляют разные типы отходов. Каждый материал, от полиэтиленового пакета до пластиковой бутылки, отражает солнечный свет строго определенным образом. Этот процесс называется спектральной отражательной способностью, и он работает подобно отпечатку пальца.
Для того чтобы научить спутники распознавать эти сигнатуры среди океанских просторов, потребовалась колоссальная подготовительная работа. Ученые создали обширную базу данных MADLib (Гиперспектральная библиотека морского мусора), которая содержит почти 25 тысяч измерений различных образцов. Это своего рода "словарь", по которому космические алгоритмы смогут безошибочно определять, что именно они видят под толщей воды: природный объект или синтетический мусор.
"Моя самая большая надежда заключается в том, что люди рассматривают дистанционное зондирование как важный и полезный инструмент для мониторинга морского мусора. То, что это еще не сделано, не означает, что это невозможно сделать", — поясняет ведущий автор исследования Эшли Охолл из Университета Джорджии.
Полимеры, цвет и время
При анализе данных ученые сталкиваются с множеством переменных, которые усложняют задачу. Во-первых, это разнообразие самих полимеров: 19 различных типов, включая полипропилен и полистирол, каждый со своей инфракрасной сигнатурой. Во-вторых, цвет играет важную роль в видимом спектре — например, белые объекты отражают свет сильнее синих, но в инфракрасном диапазоне их природа остается неизменной.
Время и окружающая среда также вносят свои коррективы. Пластик, долго пробывший в воде, покрывается биопленкой из водорослей и микроорганизмов. Это снижает яркость его "свечения" и добавляет посторонние сигналы, такие как пик поглощения хлорофилла.
Однако, как выяснили исследователи, даже после такого обрастания основные полимерные признаки в инфракрасной зоне сохраняются, что позволяет все же идентифицировать мусор. Особый вызов представляет вода. Погруженный пластик теряет большую часть сигнала, ведь вода активно поглощает инфракрасное излучение.
Ученые отмечают, что для поиска мусора на разной глубине понадобятся отдельные алгоритмы: одни — для плавающего на поверхности, другие — для скрытого под водой. Этот метод, основанный на анализе отраженного света, схож с тем, как ученые восстанавливают рецепты египетского бальзамирования по запаху мумий, извлекая неочевидную информацию с помощью новых технологий.
От библиотеки до большой уборки
Создание MADLib — это лишь первый шаг на пути к глобальному мониторингу. Сейчас база данных содержит информацию в основном о сухих образцах, в то время как данных о реально плавающем мусоре пока недостаточно. Исследователи призывают коллег активнее пополнять библиотеку, фиксируя не только спектры, но и подробные метаданные: тип добавок в пластике, степень выветривания и точные условия съемки.
Спутниковые программы, такие как NASA EMIT, в сочетании с такими базами данных, как MADLib, открывают новую эру в борьбе с загрязнением. Возможность отслеживать путь отходов от рек до океанических круговоротов в реальном времени позволит сделать уборку более целенаправленной.
Это напоминает о том, как изучение глобальных процессов, например изменения магнитного поля и уровня кислорода на Земле, помогает ученым увидеть скрытую связь между разными явлениями.
Понимание масштабов бедствия и точных маршрутов движения мусора даст правительствам и экологическим организациям бесценный инструмент. Чем точнее данные, тем эффективнее политика по сокращению производства пластика и тем чище станут моря, которые являются домом для миллионов живых существ и важнейшей частью климатической системы планеты.
