Что такое черный снег
Жители российского города пожаловались на черный снег
Жители Киселевска (Кемеровская область) наблюдают в небе над городом густой темный дым, под ногами — потемневший снег. Соответствующие фотографии они публикуют в социальных сетях, сообщает городской портал NGS42.RU. Ситуация с загрязнением воздуха в Киселевске остается сложной на протяжении многих лет, отмечает издание.
В комментариях к публикациям граждане жалуются и явно дают понять, что не ждут от властей оперативного решения экологических проблем. «Чиновники, как всегда, скажут, что население печки топит», — иронизируют жители. Некоторые указывают, что черный снег — явление для города стандартное. «В шахтерском городе живете, что вы хотели-то», — поясняют россияне.
Как сообщает NGS42.RU, летом 2021 года в Кузбассе была проведена масштабная проверка исполнения экологического законодательства промышленными предприятиями. По ее итогам прокуратура возбудила семь административных дел, уличив в нарушениях, в частности, ООО «Ижморская ТСК», «Тобул» и «Инертник».
В октябре 2021-го в другом сибирском городе — Красноярске — объявляли режим «черного неба». Там зафиксировали повышенную степень загрязнения атмосферного воздуха. Во время «черного неба» жители чаще всего наблюдают сильный смог над городом, чувствуют запах гари. Видимость порой снижается до нескольких десятков метров. Люди могут страдать от першения в горле, раздражения слизистых оболочек, головной боли.
Черный снег
Задача
Снег в лунную ночь отражает гораздо меньше света, чем кусок угля или другая темная поверхность в солнечный день. Но снег кажется нам белым и ночью, а уголь — черным даже при солнечном свете. Какие механизмы отвечают за эту особенность нашего зрения? Как можно было бы добиться того, чтобы снег воспринимался как черный (или красный)?
Подсказка 1
Днем в солнечный день черные буквы на газетном листе отражают вдвое больше света, чем белый фон того же листа в комнате. Отсюда ясно, что даже днем мы различаем белые и черные предметы в основном не по абсолютному количеству света, которые они отражают.
Подсказка 2
Попробуйте угадать, что показано на фотоснимке, иллюстрирующем задачу на главной странице, и осознать, как вы это определили. Что нужно дополнительно знать, чтобы определить, сделан ли фотоснимок днем или ночью? (Ответ на этот вопрос позволяет предположить, какие поправки вносит наш мозг, узнавая яркость и цвета предметов.)
Решение
Явление, описанное в задаче, называется константностью зрительного восприятия. В данном случае речь идет о константности яркости и цвета. Понятие это означает, что снег кажется нам белым (то есть наш мозг воспринимает его как белый) независимо от количества и спектрального состава отражаемого света.
На чем же основана константность? Из первой подсказки ясно, что важную роль в восприятии предметов играет не абсолютное, а относительное количество отражаемого ими света. Наше зрение довольно плохо различает уровень освещенности. В своей книге «Глаз, мозг, зрение» нобелевский лауреат Дэвид Хьюбел пишет:
«Считайте, что нам везет, если мы можем устанавливать диафрагму своего фотоаппарата с ошибкой не более чем вдвое; да и это достигается не прямой оценкой «на глаз», а лишь в результате большого опыта, позволяющего, например, отметить, что в момент съемки на небе легкая облачность и что мы находимся на открытом пространстве в тени за час до захода солнца.»
В то же время глаз (и мозг) чувствует разницу в относительной освещенности двух соседних участков поверхности всего в 2%. Чуть ниже Хьюбел приводит замечательный пример того, как относительная яркость (в физическом смысле) разных участков изображения влияет на наше восприятие черного и белого:
«Экран выключенного черно-белого телевизора в нормально освещенной комнате выглядит белым или серовато-белым. Инженеры создали электронные механизмы, которые могут сделать экран ярче, но не способны затемнить его, и независимо от того, как он выглядит в выключенном виде, никакая его часть никак не может послать после включения меньше света. Мы, однако, хорошо знаем, что телевизор может дать нам ощущение насыщенного черного цвета. Самый темный участок изображения посылает в наши глаза по меньшей мере столько же света, что и при выключенном телевизоре. Отсюда следует, что «черное» и «белое» — не просто физические понятия: это биологические термины, они отражают результат вычислений, производимых нашей сетчаткой и мозгом при обработке воспринимаемой картины.»
Почему серое пятно рядом с белым кажется нам более темным, а рядом с черным — более светлым? Один из механизмов, который за это отвечает, — латеральное торможение (см.: Lateral inhibition; работа этого механизма на уровне сетчатки глаза объяснена, например, здесь). Подробно мы не будем разбирать этот механизм в данной задаче, тем более что он работает в основном «на краю» объектов, увеличивая контрастность контуров (рис. 1).
Рис 1. Из-за латерального торможения нам кажется, что левые края полосок светлее, чем правые, а узлы «решетки Германа» кажутся серыми, если не фокусировать на них взгляд. Рисунки с сайта en.wikipedia.org
Здесь в дело уже вступает головной мозг. Он учитывает разные особенности контекста: то, как выглядит фон, на котором находится опознаваемый объект; как выглядят другие предметы, цвет которых нам известен; каков источник освещения, где он находится и т. п.
Большинство читателей, наверно, решили, что на иллюстрации к задаче сфотографированы заячьи следы (так и есть). В задаче речь идет про снег, на снегу часто бывают разные следы, а по умолчанию мы считаем, что свет падает сверху. На самом деле так же выглядела бы, например, вертикально стоящая гипсовая плита с выпуклыми слепками следов или просто выпуклостями, подсвеченными снизу (рис. 2).
Рис. 2. Наш мозг «домысливает», что свет падает на изображенные объекты сверху справа, а не снизу слева. Поэтому мы считаем, что видим на верхнем фото следы, а не их слепки, на нижнем левом рисунке лишь один круг выглядит вогнутым, а на нижнем правом — пять из шести
Чтобы оценить яркость предмета, для нас важен фон. На черном фоне (рядом с темным ночным небом) снег будет казаться более белым, чем на более светлом фоне (рис. 3).
Рис. 3. Кимоно на черном фоне (слева) кажется более светлым, хотя на самом деле имеет ту же яркость, что и на правом рисунке. Рисунки с сайта psy.ritsumei.ac.jp
Но особенно важную роль в восприятии объектов играет поправка на условия освещения. Чтобы понять, сделан снимок заячьих следов днем или ночью (при одинаковой выдержке), нужно знать, использовалась ли вспышка. Снег не кажется нам красным на закате, потому что мы знаем, что его освещает заходящее солнце. Объекты в тени должны быть светлее, если отражают столько же света, сколько похожие объекты на солнце. Как же с учетом этого заставить человека поверить, что снег черный или красный? Сперва обсудим «черно-белый» вариант.
Одна из самых известных зрительных иллюзий показана на рис. 4. Ее автор — Эдвард Адельсон. Сперва невозможно поверить, что квадратики А и В имеют одинаковую яркость. Но это на самом деле так! Тень, отбрасываемая цилиндром, и определенное окружение из черных квадратов фактически заставляют нас поверить, что черное — это белое.
Рис. 4. Зрительная иллюзия, нарушающая константность восприятия яркости. Рисунок с сайта en.wikipedia.org
Константность восприятия цвета тоже можно обмануть разными способами. Воспользуюсь описанием одного из таких способов из неопубликованного пособия М. Б. Беркинблита (с разрешения автора):
«Опишем один опыт, который придумал московский ученый М. М. Бонгард. Он показывал испытуемому белый лист бумаги на столе, на котором лежало зеркальце. Бумага и зеркальце освещались красным светом. Испытуемого спрашивали, какого цвета бумага. Испытуемый видел по отражению от зеркальца, что бумага освещена красным светом, и отвечал, что бумага белая. Потом его просили закрыть глаза и незаметно освещали зеркальце белым светом, а бумага по-прежнему освещалась красным светом. Теперь на тот же вопрос испытуемый отвечал, что бумага красная. Но ведь лист бумаги был в обоих случаях освещен одинаково, а ответы были разные. В первый раз зрительная система считала, что источник освещения бумаги — красный, а во втором случае — что он белый. Отсюда и различие ответов. Таким образом, цветовая константность связана со способностью нервной системы при определении цвета предмета делать поправку на спектральный состав света источника, освещающего предмет.»
Вы можете придумать аналогичные манипуляции, которые заставят нас поверить, что на ночном поле лежит не снег, а уголь.
В заключение — несколько слов про «механизмы». Некоторые психофизиологические механизмы мы уже описали. Но ведь существуют и нейронные механизмы константности восприятия. Известны ли они? В общих чертах — да, а в деталях — пока нет. Точно известно, что в обеспечении константности восприятия света играют роль клетки, расположенные в нескольких участках коры головного мозга — в первичной зрительной коре V1 (см.: S. P. MacEvoy, M. A. Paradiso, 2001. Lightness constancy in primary visual cortex), в поле V2 (см.: A. W. Roe et al., 2005. Cortical processing of a brightness illusion) и в особенности — в поле V4 (см.: A. W. Roe et al., 2012. Toward a Unified Theory of Visual Area V4; при некоторых повреждениях этой зоны коры человек нормально различает цвета, но утрачивает константность восприятия цвета). Известны многие свойства этих клеток, их реакции на разные стимулы. Но все еще неизвестно, как именно они взаимодействуют между собой.
Послесловие
Мы привыкли доверять своим органам чувств. Нам кажется, что через них мы получаем объективную информацию об окружающем мире. На самом деле это ощущение ложное. Наши зрение, слух, обоняние — продукты эволюции, а не приборостроения; их задача — обеспечивать наше выживание, а не проводить точные измерения. Свет, отраженный от шерсти прячущегося в кустах льва, может иметь самые разные спектральные характеристики — в зависимости от времени суток, облачности, количества зелени вокруг. Для спектрофотометра этот свет окажется красным, желтым или зеленым, и это будет объективной реальностью. Для нас, обезьян, важна другая реальность — в кустах прячется лев, от которого независимо от погоды надо побыстрее убежать. Поэтому наша зрительная система не удовлетворяется простым снятием спектра отраженного от шерсти льва света, а еще и сравнивает его с фоном. В итоге информацию о спектре мы теряем, до нашего сознания она не доходит. Зато мы получаем гораздо более важную информацию: в кустах движется что-то большое и жёлтое — наверное, это лев, бежим! Согласитесь, с точки эволюции такая стратегия имеет смысл.
Неудивительно, что нам всюду мерещатся звериные морды (рис. 5) или лица собратьев по виду (от них ведь тоже всякого можно ожидать).
Рис. 5. Для нас очень важно вовремя заметить льва. Поэтому львиные морды мы с готовностью видим даже там, где их нет — лучше перестраховаться. Изображения с сайтов pinterest.com, en.wikipedia.org и grayboxpdx.com
Неудивительно также, что константность восприятия касается не только яркости и цвета предметов, но и их размера и формы. Наконец, неудивительно, что константность — вовсе не привилегия человека и других приматов. В главе 8 процитированной выше книги «Глаз, мозг, зрение» Д. Хьюбел описывает опыты (аналогичные опыту Бонгарда, только более сложные), показавшие, что константностью восприятия цвета обладают золотые рыбки. Разобрав эти опыты, Хьюбел пишет в завершение:
«Очень заманчиво (и довольно несложно) было бы проверить, обладают ли той же способностью насекомые с цветовым зрением. Я думаю, что это именно так.»
И интуиция его не подвела: в недавнем обзоре утверждается, что цветовая константность обнаружена у всех изученных видов насекомых с цветовым зрением (см. L. Chittka et al., 2014. Colour constancy in insects).
Итак, константность восприятия — видимо, общее свойство зрения большинства животных. Но нейрофизиологические механизмы константности не изучены, кажется, ни на одном виде животных. Более того — не существует и общепризнанной теории константности восприятия. Есть несколько конкурирующих теорий, отчасти дополняющих друг друга (см.: Cognitive neuroscience of visual object recognition).
В наш мозг постоянно поступает огромное количество информации от органов чувств. Для полноценной обработки всей этой информации требуется большое количество времени — а оно есть далеко не всегда. Поэтому уже на самых ранних этапах обработки в нервной системе часть поступившей сенсорной информации просто отбрасывается как неважная, а оставшаяся часть неким образом интерпретируется. Нашего сознания достигает именно интерпретация поступивших сигналов, наиболее вероятная гипотеза, их объясняющая. Поэтому зрительные иллюзии нас так удивляют — они обманывают системы интерпретации нашего мозга, подсовывая ему образы, для объяснения которых наиболее вероятная гипотеза оказывается неверной. Хотя на самом деле никаких зрительных иллюзий не существует. Все наше зрение — одна сплошная иллюзия.
Можно привести еще множество примеров того, как наш мозг нас обманывает. Это касается не только систем восприятия. Увы, оказывается, что и собственной памяти мы можем доверять только с большими оговорками — экономия ресурсов добралась и сюда. Но об этом мы расскажем как-нибудь в другой раз.
И напоследок — еще несколько «иллюзий». Некоторые особенности нашего зрения, тоже связанные с распознаванием важных образов, иногда приводят к иным результатам, чем описанные в решении.
Хорошо известно, что для нас очень важно увидеть контуры (все того же крадущегося хищника). Недаром тигры и леопарды пытаются обмануть нас и других потенциальных жертв с помощью расчленяющей окраски. Если какая-то деталь окружена общим контуром с объектом, мы воспринимаем ее как часть этого объекта. Поэтому нижний треугольник слева на рис. 6 кажется нам более светлым, чем верхний: хотя фон у них формально не различается, наш мозг уверен, что нижний треугольник находится на черном фоне, а верхний — на белом.
Рис. 6. На восприятие яркости объектов влияет не только фон, но и их окружение. Источник: skidmore.edu
Мы также стремимся группировать объекты (понять, к какой стае они принадлежат). Поэтому серые квадратики кажутся нам светлее на белом фоне, чем такие же квадратики на черном фоне (рис. 6, справа) — в прямой противоположности с обычным нашим восприятием! Мы мысленно сравниваем их не с ближайшим фоном, а с черными квадратиками из их «стаи». И действительно — чего это они? Выделяются из общей стаи, как белые вороны.
Другие примеры интересных зрительных иллюзий можно найти на сайте lottolab.org.
Благодарю И. В. Кельмансона за полезные замечания и помощь в написании послесловия.
Черный снег в Москве: что это такое и стоит ли бояться?
Весной этого года в СМИ и социальных сетях начали появляться статьи об опасности «черного снега», слежавшегося на обочинах в Москве. Очевидцы заявляли о его неприятном запахе и потенциальной опасности для здоровья и предполагали, что дело в химических реагентах, которые применяют в городе. Как часто бывает, не так страшен черт.
«Черный» снег весны
Что в химии твоей?
Что же до химических показателей, то анализ талого снега с реагентами с дорог и чистого снега с обочин, проведенный государственным дорожным институтом РосдорНИИ этой зимой, показал интересные результаты.
Иногда в соцсетях и некоторых публикациях встречаются высказывания, что антигололедные реагенты, якобы разъедают ткань, кожу и даже “прожигают дыры в полу”. Может ли это делать реагент? Нет. Что-либо “прожигать” могут либо щелочи, либо кислоты. У противогололедных материалов, как правило, РН находится в районе 7-8 единиц. Талый снег, как показал химанализ, 6-7 единиц. Такую кислотность имеют детские шампуни и питьевая вода.
Снижение по солям
Для сравнения, семь-десять лет назад, когда в Москве только шел поиск подходящих реагентов, ситуация была совершенно другой. После применения галита (хлорида натрия) ⅔ почв было засолено, при использовании ацетатов на улицах появлялся удушающий запах уксуса, при эксперименте с чистым хлористым кальцием и бишофитом люди жаловались на маслянистую пленку на дороге и убитую обувь.
С 2011 года столицу убирают по новой Технологии. Весь снег утилизируют на снегоплавилках, а потом очищают. А для борьбы с гололедом используют многокомпонентные составы, разные для разных температур и областей применения. Для тротуаров, например, композицию производят на Уральском заводе противогололедных материалов. Она меньше влияет на обувь и наполовину состоит из мраморной крошки. С использованием такой посыпки число травмированных из-за гололеда пешеходов в столице сократилось в 2,5 раза и на сегодняшний день является наименьшим в России. А уровень засоления почв за 7 лет снизился в разы, и сейчас по данным экомониторинга до 97% почв в Москве вообще не имеют признаков засоления.
В российском городе выпал черный снег
Жители шахтерского города Киселевск (Кемеровская область) снова пожаловались на черный снег и густой темный дым в небе. Они публикуют фотографии в социальных сетях, отмечая, что ситуация с загрязнением воздуха остается невыносимой уже долгие годы, но местные власти ничего не предпринимают для решения экологических проблем.
В связи с потемневшим небом прокуратура Кузбасса начала проверку, к которой будут привлечены специалисты Росприроднадзора и Роспотребнадзора. В ближайшее время специалисты проведут замеры, по их итогам будут приниматься меры прокурорского реагирования. Практика прошлых лет говорит о том, что к изменению цвета снега приводят выбросы угольной пыли и сажи с обогатительных фабрик и шахт.
В 2019 году жители Киселевска после выпадения черного снега обратились в Международный уголовный в суд в Гааге с жалобой на геноцид. Сибиряки попросили провести независимое расследование, заявив о бездействии властей на фоне невыносимых условиях жизни в связи с варварской добычей угля.
В Киселевске расположены девять разрезов, ведущих добычу угля открытым способом, и пять горно-обогатительных предприятий, которые часто нарушают экологическое законодательство. Это привело к росту уровня онкологических заболеваний и болезней органов дыхания, утверждали авторы обращения. Жителей не переселяют с опасных территорий, потому что те якобы не попадают в санитарно-защитные зоны предприятий.
Гаагский суд рассмотрит коллективную жалобу жителей Кузбасса на геноцид
По словам горожан, контролирующие и следственные органы не находят в действиях либо бездействиях виновных лиц никаких нарушений. «Данные действия по своей сути являются геноцидом и преступлениями против человечества», — отметили сибиряки.
Кроме того, жители Киселевска записывали видеообращение к премьер-министру Канады Джастину Трюдо и генеральному секретарю ООН Антониу Гутерришу. В нем они также жаловались на невыносимую экологическую обстановку в регионе, произвол угольщиков, бездействие властей и добавили, что готовы стать беженцами в другой стране. Власти Канады отреагировали на обращение и сообщили, что готовы принять жителей Киселевска как беженцев при условии соблюдения определенных международных конвенций.
Пятьдесят оттенков снега
В конце марта снег на склонах горнолыжного курорта «Роза Хутор» пожелтел. То же самое наблюдали в Одесской области Украины и на грузинском курорте Годердзи. Во всем оказался виноват африканский песок. Пылевыми бурями его подняло в воздух и перенесло в черноморский регион. Желтый снег никакой опасности для людей и экологии не представляет, уверяют метеорологи. Не опасен для человека и черный снег, хотя есть его, пожалуй, не стоит. Безвредны голубой и красный — у этого еще и вкус, как у арбуза. А вот от зеленого, напротив, может развиться рак. О том, какого цвета бывает в России снег и что влияет на его окраску, читайте в материале портала iz.ru.
Публикация от Полина Мята 🎙TV/Radio (@polina_myata) 23 Мар 2018 в 2:03 PDT
Желтый
Снег с африканским песком не первый раз выпадает в России. В начале 2015 года он покрыл улицы Саратова. Метеорологи объяснили это прохождением над регионом циклона из Западной Сахары.
«Воздушная масса пришла к нам из Северной Африки через Средиземное и Черное моря. Запыленная с районов Сахары воздушная масса, получив порцию песка и влаги, сейчас поливает европейскую часть нашей страны и Крымский полуостров. А такой необычный цвет дает обычный песок», — рассказывал руководитель региональной метеорологической службы Михаил Болтухин. «Бояться совершенно нечего. Это же не камни выпали», — подчеркивал он.
Из-за близости пустыни желтым и оранжевым снег регулярно бывает и в США. Но в России подобное происходит не только от песка.
В 2007 году в Омской, Томской и Тюменской областях оранжевым снегом накрыло 1,5 тыс. кв. км. Писали, что на ощупь он был жирным и имел запах гнили. Лабораторные анализы, полученные Росприроднадзором, показали, что в «оранжевом снеге обнаружен фенол (сильный яд), этанол (дезинфицирующее) и присутствует сильно кислая среда». Глава ведомства заявлял, что виновником может быть промышленное предприятие и по этому поводу «может быть заведено уголовное дело». Однако виновных так и не выявили.
Зеленый
В 2013 году экологи «Гринписа» поехали в город Первоуральск Свердловской области. Их заинтересовала запись в блоге местного экоактивиста о том, что «у снега рядом с вокзалом — зеленоватый оттенок, летом после дождя вокруг луж зеленые ободки». По словам блогера, это происходило из-за выброса отходов хромового производства.
«В зоне, где происходит сброс, живут люди, пьют эту воду. В области таких показателей по онкологии нигде больше нет, только у нас и в Каменск-Уральском. Даже мой старый пес весь покрыт раковыми опухолями, все собаководы жалуются на такие же опухоли», — написал активист.
Приехавшие в город экологи установили, что в технологических прудках вокруг предприятия «Русский хром 1915» в 50–100 раз превышены предельно допустимые концентрации (ПДК) хрома. На заводе всё отрицали, но спустя два года «Русский хром» оштрафовали на 40 тыс. рублей за уничтожение плодородного слоя почвы.
Выпадал зеленый снег и в Красноярске — в далеком 2006-м. Как писали местные СМИ, неизвестное вещество не имело резкого запаха, но после пребывания на месте выпадения осадков у людей начиналась резь в глазах и головная боль. Снегопад продолжался полчаса, и журналисты грешили на Красноярский комбайновый завод, из труб которого в это время будто бы шел дым такого же цвета. Предприятие, а потом и выездная комиссия Ростехнадзора всё опровергли. До штрафа дело не дошло.
Голубой
Снег на Урале бывает не только зеленым, но и голубым. В Челябинске, который занимает почетное место в списке городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы, в феврале 2015 года выпали осадки нежного оттенка. «В воздухе также ощущался своеобразный запах металла», — рассказывал местный житель.
Как позже установили экологи, цветные осадки не представляли опасности ни для людей, ни для животных. Снег окрасился из-за выброса красителя для пасхальных яиц с фабрики, находящейся неподалеку. Хотя до Пасхи было еще два месяца, завод работал на полную катушку.
Черный
В том же феврале 2015 года черные осадки накрыли Мурманск. Случилось это из-за перевалки угля в порту. Открытая перевалка подобных грузов, кстати, запрещена.
В любом случае в России настолько высок разрешенный уровень концентрации угольной пыли в воздухе, что превысить его практически невозможно, уверена официальный представитель экологической организации «Беллона-Мурманск» Анна Киреева.
Перед этим дважды, в 2012 и 2014 годах, снег чернел в Омске. Оба раза причиной случившегося были выбросы золы с ТЭЦ-5. Видимо, чтобы уравновесить ситуацию, летом 2012 года город занесло белым порошком, который оказался алюмосиликатом — пищевой добавкой.
Розовый
Снег может окраситься красным не только после поножовщины у ночного ларька, но и в горах, где никто не ходит. Красный или даже розоватый оттенок придают холодолюбивые водоросли. Водятся они в местах с идеальной экологией — в Приэльбрусье, на Северном Урале, на Земле Франца-Иосифа, где природная обстановка в полном порядке, если не считать тысяч брошенных полярниками пустых бочек от горючего.
Хламидомонада снежная (Chlamydomonas nivalis) очень быстро размножается и может занимать огромные площади. Так, в 1929 году в горах Карачая, на перевале Басса было обнаружено красное поле в несколько квадратных километров. Скалолазы, которым довелось попробовать эти водоросли, говорили, что у них сладковатый вкус, похожий на арбуз. Таким же становится и красно-розовый снег.