Целью нашей работы являлась разработка комплексного подхода к мониторингу атмосферного воздуха с использованием различных объектов анализа и извлечением разного рода информации о состоянии атмосферы и загрязняющих ее компонентов, источников их поступления и области распространения.
Объективным показателем качества атмосферного воздуха в городе в зимний период времени является содержание различных загрязнителей в снежном покрове. Концентрация загрязняющих веществ в снеге на 2 - 3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе, измерения содержания веществ могут производиться достаточно простыми методами анализа, а легкий отбор проб, не требующий специального сложного оборудования, делает метод снегосъемки еще более универсальным.
Пробы снега в различных районах города, а также фоновая точка были отобраны в 2004-2006 годах согласно руководству по контролю загрязнения атмосферы. Все пробы снега анализировались на содержание тяжелых металлов, железа, сульфатов и нитратов по стандартным методикам. В таблице 1 приведены средние значения и интервалы колебаний общих показателей в снеге за 2004-2006 гг.
Таблица 1. Средние значения и интервалы общих показателей в пробах снега
|
Показатель |
2004 год (n=16) |
2005 год (n=24) |
2006 год (n=33) |
|
рН |
5,52±0,31 5,09 - 6,45 |
6,52±0,37 5,17 - 7,30 |
7,61±0,43 7,09 - 8,15 |
|
HCO3¯, мг/дм3 |
22,88±3,21 9,80 - 46,40 |
26,26±3,68 6,50 - 105,10 |
55,93±7,83 26,45 - 100,52 |
|
NO3¯, мг/дм3 |
2,92±0,53 0,78 - 4,84 |
2,57±0,46 0,38 - 10,87 |
2,94±0,53 1,00 - 22,03 |
|
SO42-, мг/дм3 |
9,91±1,98 3,80 - 20,30 |
12,64±2,53 4,70 - 33,00 |
13,39±2,68 6,15 - 41,01 |
|
ПО, мг О/дм3 |
12,6±1,3 3,0 - 17,0 |
8,34±0,83 0,40 - 49,00 |
4,36±0,44 3,41 - 6,70 |
|
Э/провод, мкСм/см |
74,1±1,5 21,8 - 183,5 |
81,9±1,6 25,0 - 233,2 |
205,2±4,1 83,0 - 640,0 |
Надежным индикатором влияния хозяйственной деятельности является величина показателя относительной кислотности (pH/pNH4) [1]. В центральных районах города величина показателя относительной кислотности составляет от 2,0 до 4,5, что свидетельствует о высоком уровне загрязнения атмосферы. В удаленных от центра районах, неподверженных или слабо подверженных воздействию промышленных газопылевых выбросов, величина pH/pNH4 составляет 1,0 - 1,81.
Для интегральной оценки загрязнения атмосферы часто используют суммарную плотность загрязнения воздуха[2], которая показывает суммарное количество загрязняющих веществ в снежном покрове. Однако рассчитать эту величину можно с использованием как абсолютных, так и относительных концентраций (табл. 2).
Таблица 2. Суммарная плотность загрязнения воздуха
Год |
Q, моль/дм3*10-3 |
Q, мг/дм3 |
Zc* |
|
2004 |
0,52 |
26,49 |
45,15 |
|
2005 |
0,51 |
25,64 |
43,25 |
|
2006 |
0,58 |
27,97 |
47,74 |
Zc*- суммарная плотность загрязнения, которая равна сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и выражается формулой: Zc = ∑(Ксi +...+ Ксn) - (n - 1), где n - число определяемых суммируемых вещества; Кci - коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.
Сравнивая полученные данные можно отметить, что характер изменения этих величин аналогичен, но наиболее достоверными являются относительные величины, т.к. они отнесены к фоновым содержаниям, полученным в каждом году, с учетом количества выпавших осадков и времени снегонакопления, которые от года к году могут меняться значително.
Для анализа уровня загрязнения отдельных районов города рассчитывают относительную плотность загрязнения воздуха (I), которая рассчитывается как отношение суммарной плотности загрязнения в исследуемом районе к суммарной плотности загрязнения в городе или по отношению к фоновому содержанию. По данному показателю все точки отбора проб снега можно разделить на три группы: с высокой (более 1), средней (0,5 - 1) и низкой (0 - 0,5) степенью загрязнения. К районам с высокой степенью загрязнения относятся территории возле автострад, стоянок грузового и легкового транспорта. К районам со средней степенью загрязнения относятся практически все центральные районы города, а к районам с низкой степенью загрязнения воздуха относятся жилые районы, защищенные от автодорог высокими домами. Таким образом, практически все исследованные нами районы относятся к районам с высокой степенью загрязнения, и лишь район Земельного комитета, который значительно удален от дорог, относится к средней степени загрязнения.
Также характеристикой загрязнения снега может служить коэффициент превышения ПДК тяжелых металлов, которые при снеготаянии могут попасть в другие природные среды. Данный коэффициент рассчитывается как отношение суммы концентраций металла в водной и твердой фазах снега в мкг/дм3 к его ПДК в поверхностных водах. Мониторинг по данному параметру представлен в таблице 3.
Таблица 3. Коэффициент превышения ПДК металлов в снеге 2006 г.
|
№ п/п |
Район |
Fe |
Pb |
Cu |
Zn |
|
1. |
Земельный комитет |
1,33 |
0,18 |
0,09 |
- |
|
2. |
Станкостроит. завод |
4,33 |
0,36 |
0,15 |
0,04 |
|
3. |
Центральная площадь |
3,73 |
0,65 |
0,20 |
0,13 |
|
4. |
Московский тракт |
5,2 |
0,31 |
0,61 |
0,17 |
|
5. |
Аккумуляторный завод |
1,3 |
1,80 |
0,39 |
0,14 |
|
6. |
К/р Современник |
0,86 |
0,35 |
0,16 |
0,17 |
|
7. |
ТГМА |
0,93 |
0,44 |
0,19 |
0,19 |
|
8. |
Сквер ЭГФ |
12,6 |
0,48 |
0,41 |
0,39 |
|
9. |
Тобольский тракт |
1,6 |
0,46 |
0,81 |
0,43 |
|
10. |
Гилевская роща |
0,73 |
0,93 |
0,96 |
0,27 |
|
11. |
Червишевский тракт |
1,63 |
0,48 |
0,02 |
0,17 |
|
12. |
Роща Оловянникова |
1,03 |
0,98 |
- |
0,41 |
|
13. |
Среднее значение |
2,94 |
0,62 |
0,33 |
0,29 |
Металлы в основном сосредоточены в минеральной компоненте снега (пыль), причем их концентрации в несколько раз превышают ПДК для поверхностных вод. Максимальные значения данного показателя для цинка, меди и свинца отмечены для проб отобранных в районах Аккумуляторного завода, Гилевской рощи, роща Оловянникова, Центральной площади и сквера ЭГФ. В 2006 году в снеге содержание свинца значительно ниже, чем его содержание в 1998, 2004 и 2005 года. Цинк обнаружен лишь в пылевой компоненте снега 2006 года и в 2 - 3 раза больше, чем в другие годы. Концентрация меди в снежном покрове 2006 года превышает значение прошлых лет в несколько раз и большая ее часть находится в пылевой компоненте.
Таблица 4. Коэффициент превышения ПДК металлов по городу
|
ТМ |
1998 год [3] |
2004 год |
2005 год |
2006 год |
||||
|
город |
фон |
город |
фон |
город |
фон |
город |
фон |
|
|
Pb |
2,90 |
0,28 |
2,98 |
0,16 |
2,87 |
0,24 |
0,62 |
0,25 |
|
Zn |
0,12 |
0,06 |
0,08 |
0,02 |
0,10 |
0,01 |
0,27 |
- |
|
Cu |
0,02 |
0,007 |
0,04 |
0,02 |
0,04 |
0,03 |
0,33 |
0,04 |
В целом снежный покров городской среды 2006 года можно описать общими формулами:
- 12,9 CI35НСO3 13SO4 2 /Na+K41Ca7Mg2 - ионный состав снега;
- 21,6 Pb11,26Cu7,95Fe4,35Cd1,06 - водная фаза снега;
- 13,25Pb5,76Zn5,58Cu2,32Cd1,07 - твердая фаза снега.
В формуле ионного состава снега перед дробью указан суммарный показатель загрязнения, в числителе анионы, в знаменателе катионы. Цифровой символ указывает процентный состав анионов и катионов. В формулах, описывающих фазы снега, перед дробью указан суммарный показатель загрязнения, а цифровой символ указывает коэффициент концентрации (превышение над фоновым значением).
Использование химического анализа снежного покрова позволяет не только оценить суммарную и относительную загрязненность воздуха в городе, но и оценить наличие источников загрязнения и область их влияния. Все источники загрязнения можно разделить на стационарные (предприятия) и мобильные (автомобильные и железнодорожные магистрали). Так, находящийся на территории города аккумуляторный завод, большая часть производственных мощностей которого несколько лет назад была вынесена за территорию города, по-прежнему существенно загрязняет атмосферу города свинцом. На расстоянии 1 км от источника загрязнения наблюдается двукратное превышение содержания свинца в снежном покрове и только на расстоянии 2 км наблюдается его снижение до среднего по городу. При этом область двукратного загрязнения захватывает часть жилого микрорайона, примыкающего к территории завода. Влияние автомобильного транспорта на загрязнение прилежащих территорий было изучено в нескольких районах города. С этой целью пробы снега отбирались на расстоянии 5, 10 и 15 м от проезжей части, а также на остановках. Наибольшее содержание меди, свинца и цинка отмечается в районе Гилевской рощи и Тобольского тракта. В некоторых районах города концентрация меди на расстоянии 10 м от дорог снижается почти в 2 раза. Свинец был обнаружен как в водной фазе снега, так и в пылевой компоненте. С удалением от дороги (10 и 15м) наблюдается снижение концентрации свинца в 2 - 4 раза в обеих фазах. Это позволяет предположить, что существенный вклад в загрязнение атмосферы этими металлами вносит грузовой транспорт, передвижение которого в городе ограничено. Цинк был обнаружен лишь в минеральной части снега.
*Работа выполнена при поддержке грантов РГНФ №04-06-00387 и РФФИ № 04-05-65200, гранта Губернатора Тюменской области.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Новороцкая А.Г. Химический состав снежного покрова как индикатор экологического состояния Нижнего Приамурья //Автореферат диссертации на соискание ученой степени географических наук. Науч. рук. Иванов А.В. - Хабаровск. - 2002. - 24с.
- Королева Г.П., Верхозина А.В., Гапон А.Е. Геохимический мониторинг загрязнения снегового покрова металлами - этоксикантами (Южное Прибалькалье) //Инженерная экология. - 2005. - № 3. - С. 22-34.
- Геоэкологические проблемы Тюменского региона: Сборник, выпуск 1. Тюмень: изд-во «Вектор», 2004. - 168с.