В современном индустриальном мире значительное влияние на окружающую среду оказывает антропогенное воздействие. В атмосферу поступает и накапливается значительное количество загрязняющих веществ, источником которых являются промышленные предприятия [1].
Источником загрязнения, который наиболее трудно выявить, является процесс переноса загрязняющих веществ воздушными массами [2]. Одним из возможных способов определения химического состава и генезиса загрязнения окружающей среды является исследование состава снежного покрова. Снежный покров является аккумулирующим индикатором загрязнения окружающей среды в зимний период. Благодаря тому, что снежный покров присутствует в Онежском районе Архангельской области большую часть года, появляется возможность выявить геохимические особенности за большой промежуток времени (7–8 месяцев).
Проведенные ранее исследования снежного покрова на Европейской территории северо-востока Российской Федерации [3] выявили, что химический состав снежного покрова фоновых ландшафтов главным образом формируется за счет растворимых соединений элементов. Основными водорастворимыми соединениями являются как макроэлементы (Na, K, Ca, Mg), так и микроэлементы (Ni, Cd, Zn, Mn, Cu, Pb). При этом при движении с юга на север содержание растворимых форм элементов увеличивается.
Ионный состав снежного покрова прибрежной зоны европейской части Арктики обладает высокими значениями коэффициента вариации [4]. Морские аэрозоли насыщают снежный покров прибрежных территорий ионами натрия и хлорид-ионами, концентрации которых в значительной степени коррелирует между собой. За счет переноса воздушных масс с незамерзающей части арктических морей в атмосферных осадках выявлены максимальные концентрации хлорид-ионов и ионов натрия в холодный период. Прибрежные территории Архангельской области характеризуются повышенным содержанием сульфат-ионов. Сульфаты распространены не только за счет дальнего переноса, но и из-за местного антропогенного воздействия. Источником закисления снежного покрова является по большей степени перенос воздушных масс с западного направления.
Исследования геохимических особенностей снежного покрова водосбора Белого моря в 2020 г. [5] показали относительно низкое содержание нерастворимых частиц в снежном покрове водосбора Онежского залива Белого моря (1,06–1,41 мг/л), которое соответствует фоновому уровню Арктики. При этом вблизи автодорог отмечены более высокие концентрации взвешенных частиц в снеге – 13,1–32,1 мг/л.
Основу экономики Онежского района составляют предприятия лесопромышленного, агропромышленного и рыбохозяйственного комплексов. На побережье Онежского залива расположен карьер «Покровское», который более 30 лет занимается добычей и производством высококачественных нерудных строительных материалов. Вместе с тем побережье Онежского залива Белого моря вблизи устья р. Онега активно используется в рекреационных целях. Одним из значимых источников загрязнения окружающей среды данной территории является атмосферный перенос, в том числе с территории Кольского полуострова [2]. Изучение состава снежного покрова позволяет оценить аэрогенное поступление поллютантов на территорию.
Целью данной работы является выявление особенностей состава снежного покрова в прибрежной территории Онежского залива Белого моря.
Материалы и методы исследования
Пробы снежного покрова были отобраны на прибрежной территории Онежского залива Белого моря в трех точках: пос. Ворзогоры, пос. Кянда и Каменный ручей (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения мест отбора проб снежного покрова
Пробы отбирались в период максимального снегонакопления (март) в течение трех лет, в 2021–2023 гг.
Методика отбора проб заключалась в отборе снежного покрова практически на всю глубину залегания за исключением слоя снежного покрова 5 см от земли, чтобы устранить при дальнейших анализах случайное попадание химических элементов, генезис которых не связан с эоловым переносом, и исключить загрязнение проб частицами подстилающей почвы. Геометрическая форма отобранной пробы снежного покрова представляет собой прямоугольный параллелепипед для корректного вычисления геометрического объема. Отбор проводился пластмассовой лопатой в пластмассовые ведра, предварительно промытые дистиллированной водой. После отбора ведро закрывалось пластмассовой крышкой и транспортировалось до холодильной установки, в которой хранилось до проведения дальнейшего анализа.
Пробоподготовка состояла из растапливания пробы снега при комнатной температуре, выделения взвешенного вещества методом вакуумной фильтрации с использованием фильтров с порами 0,45 мкм. Количество взвешенного вещества определялось гравиметрическим методом. Сразу же после растапливания пробы проводились замеры pH и минерализации талой фазы снега.
Количественный химический анализ проб на содержание хлоридов, сульфатов, ионов натрия, магния, кальция проводился методом ионной хроматографии (ФР.1.31.2005.01724, ПНД Ф 16.1.8-98). Концентрации биогенных элементов определены фотометрически по стандартным методикам [6, с. 117].
Результаты исследования и их обсуждение
На рассматриваемой территории установление снежного покрова происходило в третьей декаде ноября – начале декабря, сход снежного покрова начинался во второй половине марта. Условия снегозалегания в рассматриваемые зимние сезоны были различны. Количество снежных осадков, выпавших за определенный период на определенной территории, характеризует величина слоя снежного покрова. В 2021 г. средняя высота снежного покрова на побережье Онежского залива составляла 36 см. В 2022–2023 гг. высота снега достигла 52–53 см. Предположительно наименьшая средняя высота снежного покрова в 2021 г. связана не только с меньшим количеством атмосферных осадков, но и с уплотнением снежного покрова вследствие оттепелей, которые наблюдались в этом году. Значения плотности снежного покрова в большинстве случаев находились на уровне 0,19–0,22 г/см3.
Содержание взвешенных частиц в точках отбора в 2021–2022 гг. варьируется от 1,85 до 3,95 мг/л, в среднем составляя 2,97 мг/л. Это значение чуть выше фонового для снежного покрова Арктики (2,19 мг/л) [7]. В 2023 г. среднее содержание взвешенного вещества было значительно ниже и составило 0,42 мг/л.
Уровень pH снежного покрова рассматриваемой территории в 2021 г. характеризует снежный покров как нейтральный и соответствует фоновому значению 5–6 [8]. В 2022 г. наблюдается снижение уровня pH снежного покрова прибрежных территорий Онежского залива с 5,38 до 4,53 в районе пос. Кянда, с 6,06 до 5,81 в районе Каменного ручья, с 5,78 до 4,46 в районе пос. Ворзогоры (рис. 2). В результате в 2022 г. снежный покров в районе исследования характеризуется как слабокислый. В 2023 г. в районе поселков Кянда и Ворзогоры значения pH соответствовали нейтральному уровню среды, в то время как в точке «Каменный ручей» продолжилась тенденция увеличения кислотности снега до значений 5,03.
Как правило, изменение значений кислотности связано с комплексным изменением содержания нитрата азота (NO3-), нитрита азота (NO2-), фосфатов (PO43-) и ионного состава (Mg2+, Ca2+, Na+, SO42-, Cl-) [9]. Увеличение кислотности снежного покрова побережья Онежского залива происходит в основном за счет увеличения содержания нитратной формы азота (коэффициент корреляции 0,71) и фосфора (коэффициент корреляции – 0,88).
Рис. 2. Уровень pH снежного покрова в 2021–2023 гг.
Значимой характеристикой снежного покрова помимо уровня pH является минерализация, представляющая собой сумму концентраций содержащихся в воде растворенных веществ. В точках отбора проб вблизи населенных пунктов Онежского залива Ворзогоры и Кянда значение минерализации равняется в среднем за 2021–2023 гг. 8,1 и 9,8 мг/л соответственно. В юго-восточной части Онежского залива (точка отбора проб «Каменный ручей») в 2021 и 2023 гг. минерализация снежного покрова составляла 8–12 мг/л. В 2022 г. наблюдалось значительное увеличение минерализации снега до уровня 680 мг/л. Повышенная минерализация снежного покрова в юго-восточной части Онежского залива в 2022 г. связана с повышенной концентрацией хлорид-иона (335 мг/л) и ионов натрия (166 мг/л). Помимо превалирующих ионов в пробе выявлены повышенные значения сульфат-ионов, ионов кальция, магния. В целом данная проба снежного покрова относится в хлоридно-натриевому классу. Предположительно высокое содержание в снеге морских ионов связано с просачиванием морской воды через трещины и полыньи во льду, а также поступлением морской воды в период сизигийных приливов, что привело к насыщению снежного покрова морскими ионами.
Ионный состав проб за 2021– 2023 гг. на побережье Онежского залива Белого моря характеризуется динамичным и изменчивым составом. Коэффициенты вариации изменяются от 27,3 % для кальция и до 71,2 % для хлорида. В отобранных пробах преобладающим ионом в 55 % случаях является хлорид-ион. Данный факт связан с тем, что все три точки отбора проб находятся на прибрежной территории акватории Белого моря [2]. Преобладание сульфат-иона в составе снега отмечено в районе пос. Кянда, который несколько удален от береговой черты.
Ионы кальция преобладают над ионами натрия и магния в 2021 и 2023 гг. в районе пос. Кянда в 2021 г. и в 2023 г. в районе пос. Ворзогоры.
Содержание хлорид-ионов (0,15–1,43 мг/л), сульфат-ионов (0,26–0,83 мг/л), ионов натрия (0,17–0,82 мг/л), кальция (0,32–0,69 мг/л) и магния (0,07–0,15 мг/л) соответствует фоновым значениям, зафиксированным ранее на прибрежных территориях Белого моря [2]. Средние концентрации ионов за 2021–2023 гг. показаны на рис. 3.
Расчет коэффициента корреляции показал, что значимая связь наблюдается между хлорид-ионами и ионами натрия, магния. Данная взаимосвязь связана с влиянием морских аэрозолей на прибрежных территориях.
Содержание соединений азота (нитритный, нитратный, общий азот) за 2021–2023 гг. имеет тенденцию к уменьшению. Содержание общего азота в снеге в среднем по территории сократилось с 1320,6 мкгN/л, до 662,4 мкгN/л, азота нитритного – с 1,29 мгкN/л до 0,05 мкгN/л, азота нитратного – с 243,43 мкгN/л до 157,59 мкгN/л.
Рис. 3. Средние концентрации ионов в пробах (мг/л) 2021–2023 гг.
Полученные значения согласуются с данными, приведенными в работе [5], где концентрация общего азота в снеге водосбора Онежского залива Белого моря в 2020 г. имело наибольшее значение (867 мкг/л) на фоне других рассмотренных точек водосборного бассейна Белого моря.
Содержание соединений фосфора имеет тенденцию к увеличению за рассмотренный промежуток времени. Среднее содержание общего фосфора увеличилось с 8,1 до 13,69 мкгP/л, фосфатов с 4,9 до 5,5 мкгP/л.
Заключение
Ионный состав снежного покрова прибрежных территорий Онежского залива Белого моря является в значимой степени динамичным. Содержание нерастворимых частиц в снежном покрове прибрежной территории Онежского залива Белого моря в 2021–2022 гг. незначительно превышало фоновое значение. В 2023 г. отмечено значительное снижение содержания взвешенных частиц в снеге.
В юго-восточной части Онежского залива наблюдается устойчивая тенденция к снижению уровня pH снежного покрова.
В отдельные годы в непосредственной близости от береговой черты отмечается значительное увеличение минерализации снега вследствие насыщения снежного покрова морскими водами. В более половины случаев лидирующим ионом по содержанию является хлорид-ион. Выявлена значительная корреляция между концентрациями хлорид-ионов, ионов натрия и магния в снеге, что связано с влиянием морских аэрозолей на состав снежного покрова.
Наблюдается тенденция снижения содержания в снежном покрове соединений азота при увеличении содержания соединений фосфора.
Библиографическая ссылка
Берестов А.В., Котова Е.И. ОСОБЕННОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ПРИБРЕЖНОЙ ТЕРРИТОРИИ ОНЕЖСКОГО ЗАЛИВА БЕЛОГО МОРЯ В 2021–2023 ГОДАХ // Успехи современного естествознания. – 2023. – № 7. – С. 16-20;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38065 (дата обращения: 19.05.2024).