Подход машинного обучения к анализу пресной воды

Новости сегодня - Подход машинного обучения к анализу пресной воды

От защиты биоразнообразия до обеспечения безопасности питьевой воды биохимический состав рек и ручьев в Соединенных Штатах имеет решающее значение для благополучия человека и окружающей среды. Исследования показали, что деятельность человека и урбанизация вызывают засоление (повышение содержания соли) источников пресной воды по всей стране. Избыток солености может сделать воду непригодной для питья, увеличить стоимость очистки воды и нанести вред пресноводным рыбам и диким животным.

Наряду с повышением солености также наблюдается увеличение щелочности с течением времени, и прошлые исследования показывают, что засоление может усилить подщелачивание. Но в отличие от чрезмерного засоления, подщелачивание может оказать положительное влияние на окружающую среду благодаря своей способности нейтрализовать кислотность воды и поглощать углекислый газ в атмосфере Земли — ключевой компонент борьбы с изменением климата . Таким образом, понимание действующих процессов, влияющих на соленость и щелочность, имеет важные последствия для окружающей среды и здоровья.

Группа исследователей из Сиракузского университета и Техасского университета A&M применила модель машинного обучения , чтобы выяснить, где и в какой степени деятельность человека способствует гидрогеохимическим изменениям, таким как повышение солености и щелочности рек США.

Группа использовала данные с 226 участков мониторинга рек в США и построила две модели машинного обучения для прогнозирования ежемесячных уровней солености и щелочности на каждом участке. Эти участки были выбраны потому, что долгосрочные непрерывные измерения качества воды были зарегистрированы в течение как минимум 30 лет.

От городских до сельских условий модель исследовала широкий спектр водоразделов, то есть областей, где все текущие поверхностные воды сходятся в одной точке, например, в реке или озере. Он оценил 32 фактора водораздела, начиная от гидрологии, климата, геологии, химического состава почвы, землепользования и растительного покрова, чтобы точно определить факторы, способствующие повышению солености и щелочности. Модели группы определили, что деятельность человека является основным источником солености рек США, в то время как повышение щелочности в основном связано с естественными процессами, а не с деятельностью человека.

Группа, в которую входили исследователи Сиракузского университета Тао Вэнь, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде (EES) Колледжа искусств и наук, Бэйбэй Э., аспирант EES, Чарльз Т. Дрисколл, университетский профессор экологических систем и заслуженный профессор Колледжа инженерии и компьютерных наук, а также доцент Техасского A&M Шуан Чжан недавно опубликовали свои выводы в журнале Science of the Total Environment.

Что вызывает засоление и подщелачивание?

Результаты разработанной группой модели прогнозирования натрия, которая выявила, что деятельность человека, такая как применение дорожной соли, как основной вклад в соленость рек США, согласуются с предыдущими исследованиями. Эта модель специально выявила плотность населения и процент непроницаемой поверхности (искусственные поверхности, такие как дороги) как два наиболее важных фактора, влияющих на более высокое содержание соли в реках США.

По словам Вена, точность модели солености стала важным доказательством концепции для исследовательской группы.

«Что касается причин засоления рек, результаты нашей модели машинного обучения совпали с результатами предыдущих исследований, которые были сосредоточены на полевых наблюдениях, лабораторных работах и ​​статистическом анализе», — говорит Вэнь. «Это доказало, что наш подход работает».

Когда результаты солености подтвердили точность модели команды, они обратили внимание на щелочность. Их модель определила, что естественные процессы в основном способствуют изменению щелочности рек, в отличие от предыдущих исследований , в которых деятельность человека была определена как основной фактор, способствующий подщелачиванию. Они обнаружили, что местные климатические и гидрогеологические условия, включая сток, наносы, pH почвы и влажность, больше всего влияют на щелочность рек.

Критично для углеродного цикла

Их выводы имеют важное значение для окружающей среды и климата, поскольку щелочность рек является важным звеном в углеродном цикле . Рассмотрим движение углерода во время ливня. Когда идет дождь, углекислый газ из атмосферы соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Когда углекислота достигает земли и вступает в контакт с определенными породами, она запускает химическую реакцию, которая извлекает газообразный углекислый газ из атмосферы и переносит его в океан через наземные водные системы, такие как озера и реки. Этот естественный процесс , известный как выветривание горных пород, постоянно разрушает горные породы и улавливает CO 2 из атмосферы.на протяжении миллионов лет. Он также является ключевым регулятором выбросов парниковых газов, способствующих глобальному потеплению.

«Выветривание горных пород является основным источником щелочности природных вод и одним из основных способов снижения содержания углекислого газа в воздухе», — говорит Вэнь. Думайте об этом как о цикле обратной связи: когда в атмосфере слишком много углекислого газа, температура повышается, что приводит к усилению выветривания горных пород. Чем больше горных пород растворяется в водоразделах из-за усиленного выветривания горных пород, тем выше щелочность и, в свою очередь, снижается содержание углекислого газа .

«Щелочность — важнейший компонент углеродного цикла», — говорит Вен. «Хотя мы обнаружили, что естественные процессы являются основными движущими силами подщелачивания, эти естественные факторы все еще могут быть изменены человеком. Мы можем изменить уровень щелочности в реках, изменив естественные параметры, поэтому нам нужно больше инвестировать для восстановления естественных условий водоразделы и бороться с глобальным потеплением и изменениями климата, чтобы справиться с подщелачиванием рек США».

Результаты исследования группы могут помочь в будущих исследованиях об усилении усилий по выветриванию горных пород, когда горные породы измельчаются и распределяются по полям. Распределяя каменную пыль по большим площадям, он увеличивает количество контактов между дождем и камнем, что увеличивает удаление углерода из атмосферы. Вэнь говорит, что модель команды может помочь ответить на вопросы об эволюции природных условий в разных регионах — важный шаг, необходимый для более эффективного внедрения усиленного выветривания горных пород.

Подход машинного обучения к анализу пресной воды

Понравилась новость - поделитесь с Друзьями!

Новости партнеров:

Рубрика: IT, Наука, Новости

Вам могло бы понравиться:

НИЯУ МИФИ и Университет Зулуленда (ЮАР) запустили совместную образовательную программу НИЯУ МИФИ и Университет Зулуленда (ЮАР) запустили совместную образовательную программу
В ИНТЦ «Парк атомных и смежных технологий» появился первый резидент В ИНТЦ «Парк атомных и смежных технологий» появился первый резидент
OpenAI представляет Sora, инструмент для мгновенного создания видео на основе письменных подсказок OpenAI представляет Sora, инструмент для мгновенного создания видео на основе письменных подсказок
На острове в Южной Атлантике обнаружен новый вид пауков На острове в Южной Атлантике обнаружен новый вид пауков

Оставить комментарий

Вы должны Войти, чтобы оставить комментарий.

©2015 - 2024 Актуальные Новости Сегодня. Все права защищены.
При копировании материалов активная гиперссылка на этот сайт ОБЯЗАТЕЛЬНА!