Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические и методологические подходы к изучению атмосферного воздуха 10
1.1. История изучения и исследования атмосферного воздуха 10
1.2. Методы исследования атмосферного воздуха 18
ГЛАВА 2. Характеристика природных условий Ставропольского края
2.1. Эколого-географические и климатологические особенности Ставропольского края
2.2. Влияние метеорологических условий на распространение примесей в атмосферном воздухе 34
ГЛАВА 3. Оценка состояния атмосферного воздуха в городах Ставропольского края
3.1. Основные источники загрязнения атмосферного воздуха в Ставропольском крае 53
3.2. Пространственное распределение тяжелых металлов в атмосферном воздухе городов региона Кавказских Минеральных Вод
ГЛАВА 4. Результаты эколого-геохимического исследования атмосферного воздуха г. Ставрополя 85
4.1. Антропогенные факторы загрязнения воздушного бассейна города Ставрополя 85
4.2. Временные параметры исследования и контроль загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами в г. Ставрополе
4.3. Пространственное распределение тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Ставрополя 114
4.4. Комплексная оценка уровня антропогенной нагрузки на территорию г. Ставрополя
Заключение 127
Литература 129
- История изучения и исследования атмосферного воздуха
- Эколого-географические и климатологические особенности Ставропольского края
- Основные источники загрязнения атмосферного воздуха в Ставропольском крае
- Антропогенные факторы загрязнения воздушного бассейна города Ставрополя
Введение к работе
Актуальность проблемы. Загрязнение атмосферы привлекло внимание общества еще в XIII в., когда после истощения запасов дровяного топлива стали использовать каменный уголь. Дым от этого источника топлива содержал сернистый ангидрид - первую вредную примесь, поступившую в атмосферу Земли. В дальнейшем, по мере развития металлургии и химической промышленности, в атмосферу стали поступать такие примеси как цинк, медь, сероводород, мышьяк и серная кислота. Увеличилась запыленность атмосферы. Пристальное внимание ученых к проблеме загрязнения атмосферы было привлечено лишь в 40-х годах XX в., поэтому принято считать 1945 г. началом современной эпохи загрязнения атмосферы.
Колебания уровня загрязнения воздуха обусловлены изменениями выбросов промышленных объектов, автотранспорта и метеорологическими условиями, которые также обладают значительной временной изменчивостью. Вредные вещества, попадая в атмосферу, подвергаются физико-химическим превращениям, рассеиваются и вымываются из атмосферы. Степень загрязнения атмосферы от антропогенных источников зависит от того, будут эти вещества переноситься на большие расстояния от источника или скапливаться в районе их выброса. В результате воздействия указанных факторов устанавливается определенный суточный и годовой ход концентрации примеси в атмосфере. Изучение его имеет большое значение для эффективного учета метеорологических факторов при планировании режима работы промышленных предприятий.
Для того чтобы обеспечить научно обоснованное управление качеством воздуха, необходима информация о выбросах вредных веществ, об уровнях загрязнения, их изменениях в течение длительного периода, а также о метеорологических условиях распределения примесей в атмосфере.
Одной из важных проблем крупных городов является все возрастающее загрязнение атмосферы тяжелыми металлами (ТМ), представляющими опас-
5 ность для живых организмов и в первую очередь для человека. В современных исследованиях термин «тяжелые металлы» используется для большой группы токсичных элементов (ПДК<1 мг/м3), прежде всего цветных и редких металлов. Токсичность ряда (ТМ), их участие в биогеохимических процессах и значительный антропогенный приток в атмосферу, обусловили ведущее место среди загрязняющих веществ, подлежащих наблюдению и контролю.
Важное методологическое значение для организации системы мониторинга состояния окружающей среды имеют результаты исследований роли эколого-географических факторов в формировании уровней загрязнения и переноса вредных веществ, а также их перераспределения между средами. В связи с этим особую актуальность приобретают работы по эколого-географической оценке качества атмосферного воздуха в городах. Эта проблема злободневна и для территории Ставропольского края, поскольку здесь располагаются курорты федерального масштаба.
Города Ставропольского края вследствие особенностей физико-географической обстановки являются типичными селитебными зонами, где орографические и климатологические условия определяют степень загрязнения атмосферы. Систематические исследования содержания в воздушном бассейне края ТМ практически отсутствуют. По предварительным исследованиям, проводимым ранее сотрудниками Ставропольского центра по гидрометеорологии и окружающей среды, на одном из стационарных опорных постов (ПНЗ), приоритетной группой загрязнителей атмосферного воздуха в регионе являются свинец, марганец, медь, кадмий, железо, цинк.
Изучением загрязнения атмосферного воздуха занимались Б. Бретш-найдер, Л. Курфюрст (1989), Ж. Детри (1973), Ю.Г.Фельдман (1975), Д. Фор-тескью (1989); Д.Ж. Бериня, Л.К. Калвиня (1990), Г.Н. Илькун (1978); на территории России — Э.Ю. Безуглая (1980-1986), Д.О. Горелик, Л.А. Конопель-ко (1992), М.Д. Манита, Р.М-Ф. Салихджанов (1980), М.Т. Дмитриев (1982), Э.П. Махонько, С.Г. Малахов, Г.К. Вертинская (1985); на Северном Кавказе — Г.В. Войткевич, В.В. Закруткин (1976), Л.Н. Зимова, Л.А. Жогина (1995),
В.А. Алексеенко (2000) и др. Специальных научных исследований по данной проблеме в Ставропольском крае не проводилось.
Объектом исследования является атмосферный воздух городов Ставропольского края и их экологическое состояние.
Предмет исследования - ТМ в атмосферном воздухе городов края.
Цель работы — изучение пространственно-временной изменчивости содержания ТМ в атмосферном воздухе городов Ставропольского края, определение степени воздействия физико-географических условий на накопление и распространение элементов, а также оценка современного состояния воздушного бассейна. Достижение данной цели решались следующие задачи:
Изучить современное состояние и динамику основных источников загрязнения атмосферного воздуха в Ставропольском крае;
Определить приоритетную группу токсикантов на ПНЗ в городах Ставропольского края;
Оценить пространственно-временную изменчивость уровня содержания ТМ в воздушном бассейне;
Выявить степень влияния метеорологических условий (направление и скорость ветра, количество осадков, туманов) на перенос, осаждение и накопление ТМ в атмосферном воздухе;
Исходные материалы и методы исследования. Основу работы составляют личные материалы, полученные нами в 1999-2002 гг. во время проведения полевых работ. Было отобрано более 750 проб, содержание ТМ в которых определялось методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) в эколого-аналитическом центре РГУ. Определения в образцах проводилось автором под руководством зав. лаборатории эколого-аналитического центра РГУ Е.В.Максименко.
В качестве дополнительных источников информации использовались фондовые материалы ГУПР по Ставропольскому краю; Ставропольского
7 центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Ставропольского государственного университета (картографические источники).
При написании работы применялись стандартные методы, используемые в экологии, геоэкологии, географии. Исследования проводились в соответствии с действующими постановлениями, руководствами и методическими указаниями. Были использованы следующие научные методы: физико-химический анализ, эколого-географическое районирование и картирование, функциональное зонирование, математическое моделирование на основе статистических моделей с применением ЭВМ. Математическая обработка результатов анализа велась с использованием прикладного пакта MS-Excel. Для построения карт и схем использовались программы Maplnfo (версия 6.5) и 3D field.
Научная новизна заключается в том, что:
методом атомно-абсорбционной спектрометрии получены статистически достоверные данные о содержании свинца, кадмия, цинка, марганца, железа, меди в атмосферном воздухе городов Ставропольского края;
исследована сезонная и суточная изменчивость уровней содержания ТМ в воздушной среде;
рассчитан метеорологический потенциал самоочищения атмосферы, а также коэффициент самоочищения атмосферного воздуха в пределах городской среды;
проведено сопоставление содержания ТМ в почвах с содержаниями в атмосферном воздухе;
изготовлен комплект карт, графически отражающий влияние орографических особенностей и морфотипов жилой застроенности на распределение ТМ в условиях территории города.
Все материалы, использованные в диссертации, хранятся в электронном виде, что облегчает их доступ, обработку и использование. Созданные подпрограммы позволяют обновлять и расширять имеющуюся информационную базу, а также использовать ее в качестве основы для мониторинга за-
8 грязнения ТМ территории Ставропольского края, в том числе и г. Ставрополя.
На основании проведенных исследований сформулированы л выносятся на защиту следующие положения:
Воздушная среда селитебных районов городов Ставропольского края содержит аэрозоли ТМ, среднесуточные концентрации которых не превышают ПДК с.с.
Содержание ТМ в воздушном бассейне городов края подвержено межгодовой и внутригодовой изменчивости под влиянием метеорологических факторов и физических процессов.
Корреляционная зависимость между содержанием свинца, цинка и пыли -отрицательная, в то время как для марганца и железа она положительна, что объясняет поступление последних эоловым путем из верхних слоев почв.
Дифференциация городов Ставропольского края по способности атмосферы к самоочищению от загрязнений выявлена в результате расчета метеорологического потенциала атмосферы.
Теоретическое и практическое значение. Материалы, полученные в результате полевых и лабораторных исследований, дают возможность определить общие тенденции и динамику изменения геохимической среды, эти данные можно использовать для пополнения информационной базы по экологии городской территории.
Результаты исследования используются также в процессе подготовки специалистов в области географии, экологии и природопользования. Часть материалов диссертации в настоящее время используется на географическом факультете Ставропольского государственного университета в рамках таких дисциплин, как «Геоэкология», «Экологический мониторинг» и «Основы природопользования». Материалы исследования также могут служить основой для разработки специальных курсов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры физической географии и охраны окружающей среды РГУ, кафедры экологии и природопользования СГУ в 2000-2003 гг.; на международных конференциях: «Новые технологии и современные физико-химические методы изучения объектов окружающей среды» (Ростов-на-Дону, 2001-2003), «Состояние и охрана воздушного бассейна и водно-минеральных ресурсов курортно-рекреационных регионов» (Пятигорск, 2003); на региональных конференциях «Наука — Северному Кавказу» (Ставрополь, 2000), «Университетская наука — региону» (Ставрополь, 2003); на межвузовских конференциях аспирантов и соискателей РГУ (2001-2002), на заседаниях школы молодых ученых (Ростов-на-Дону, 2000-2002); на научно-методических конференциях СГУ «Университетская наука - региону» (Ставрополь, 2004).
По теме диссертации и району исследования опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (138 единиц) и приложений. Объем работы составляет 139 страниц, в том числе 30 рисунков, 12 карт и 30 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность д. геол. - минерал, наук,
профессору [Ю.П. Хру стал еву|, научному руководителю д-ру геогр. наук, профессору Ю.А. Федорову, д-ру геогр. наук, профессору В.В. Браткову, канд. геогр. наук, профессору В.А. Шальневу, канд. хим. наук, доценту Н.И. Борисенко, зав. лаб. эколого-аналитического центра РГУ Е.В. Максименко, и другим, чья помощь, участие, советы и поддержка сделали возможным завершение данного исследования.
История изучения и исследования атмосферного воздуха
Примерно 10 лет назад программы мониторинга загрязнения атмосферы во многих странах включали измерение концентраций ограниченного числа вредных веществ. Традиционно лидирующее положение занимали сернистый газ и взвешенные частицы. В настоящее время на мировой сети станций количество измерений концентрации этих веществ по-прежнему преобладает над количеством измерений других вредных веществ (Безуглая, 1986).
В бывшем Советском союзе при организации сети общегосударственной службы наблюдений и контроля за загрязнением природной среды первоначально ставилась задача измерения концентраций вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу почти всеми источниками загрязнения (пыль, сернистый газ, окиси углерода, двуокись азота). Далее дополнительно стали измерять содержание в атмосфере наиболее характерных для выбросов предприятий специфических вредных веществ, например сероводорода в городах с предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности, фенола и металлов в городах с предприятиями металлургии.
В каждом городе в качестве опорных постов выбираются стационарные посты, характеризующие фоновое загрязнение воздуха в крупном районе города. Места для опорных постов выбираются с учетом данных о развитии города и обычно размещаются в центральной и в наиболее загрязненной частях города. Программа наблюдений на существующих стационарных постах в большинстве случаев включает измерения на каждом посту всего набора вредных веществ, выбрасываемых предприятиями города. Такая программа не всегда эффективна. Иногда выбросы вредного вещества невелики, это вещество обнаруживается и достаточно точно измеряется только на посту, находящемся непосредственно в зоне влияния источника выбросов. Поэтому программа работы опорных постов включает измерения концентраций тех вредных веществ, которые содержатся в выбросах всех или большинства источников загрязнения города. Позднее проводили наблюдения за некоторыми наиболее распространенными специфическими вредными веществами.
В некоторых странах проводятся исследования содержания в атмосфере ряда металлов (Cr, Mn, Fe, Zn, Pb, Cd, Си). Такие исследования выполнены в Бельгии (Navarre, Priest, Ronneau, 1981). В работе L. Salmon, D. Atkins и др. (1978) изучалась тенденция изменения концентрации различных металлов в атмосфере на основе ранее отобранных на фильтры проб пыли. Большое внимание уделяется измерениям концентрации свинца и кадмия в работах (Briat,1978; Hudson, Stuker, 1975; Rohbock, Georgii, 1980; Trindade, Pfeifer, 1981).
В России и СНГ большое внимание уделяется измерениям концентрации тяжелых металлов в крупных городах с развитой промышленностью. Такие работы проводились в Чимкенте, в районе свинцового завода (Сатаева, Малахов, 1985-1986 гг.), проводились измерения концентрации свинца в атмосфере г. Зыряновска в районе свинцового комбината (Маханько, Распопо-ва, Вертинская, 1985), накоплен опыт исследования атмосферы в районе алюминиевого завода (Маханько, Малахов, Вертинская, 1982). Работы по исследованию атмосферного воздуха вблизи автомагистралей проводились в г. Черкассы (Маренко, Щетинин, 1986-1987гг), в Волгограде (Максимова, 1995), металлосодержащие аэрозоли в воздухе зон автотранспортного движения изучались Щербо (1988). Изучению воздуха селитебной зоны промышленного города посвящены работы Белицкой (1996); Тютюнник, (1997). Изучение солей ТМ в атмосферных осадках проводилось в промышленных районах Архангельска (Гурьев, Тутыгин, 1995), формирование и динамика полей тяжелых металлов в Казани (Фасхутдинов, 2004). Региональные фоновые выпадения соединений металлов в Латвии проанализированы в работе Бериня, Калвиня (1990). Рассматривались подвижные формы ТМ в аэрозолях и атмосферных осадках фонового района (Юшкан, 1991). Изучение и поведение ТМ в условиях городской среды рассмотрены в работах (Соколова, Аст-рахана, 1993; Симуткина, 1992).
Влияние метеорологических условий в городской среде на формирование загрязнения воздушного бассейна различается по сезонам года. Такие исследования были проведены в холодную половину года в Тбилиси (Пичхая, 1984), прогнозированию загрязнения воздуха в теплый период посвящена работа Храпченко (1977). Распределение тяжелых примесей в условиях сложного рельефа местности рассмотрены в работе (Хуршудян, 1979).
Геохимическое развитие и баланс вещества на крупных территориях определяются действием поверхностного стока на суше, ледникового стока, биогенно-геохимической миграцией, движением воздушных масс, движением водных масс морей и океанов, а также техногенной миграцией. Важные исследования различных аспектов миграции вещества на Земле в целом и в отдельных крупных ее регионах проведены многими учеными (Петренчук, 1979; Зверев, 1971; Глазовский, 1977). Выпадение веществ из атмосферы в растворенном виде рассчитано по количеству атмосферных осадков, а также по содержанию в них различных компонентов. Оценка атмосферного переноса вещества в растворенном виде наиболее приблизительна, так как содержание элементов имеет значительную временную и пространственную вариабельность и изучено еще крайне недостаточно. Атмосферный перенос аэрозольных частиц в нерастворенном состоянии определен по многочисленным данным о реальных выпадениях аэрозолей на подстилающую поверхность во многих районах мира и по составу атмосферной пыли. Рассчитанные величины общего переноса атмосферного аэрозоля получены Л.Г. Бондаревым (1974).
Для каждого миграционного процесса характерен определенный набор важнейших химических элементов. Так, по сравнению с другими процессами миграции, в атмосферных процессах переноса преобладают тяжелые металлы и ртуть. Для обеспечения возможности сопоставления различных миграционных процессов авторами было предложено районирование территории по переносу вещества воздушными массами. В частности, было выделено два типа бассейнов атмосферного переноса: с переменным и постоянным направлением стока (Глазовский, 1976). Для установления границ бассейнов атмосферного переноса использовали расчет результирующей энергии ветра. Полученные на основе таких расчетов карты позволили провести «атмораз-делы» переноса вещества, а на основании сопоставления с ландшафтной характеристикой районов выделить и области наиболее интенсивного накопления.
Тот или иной прогноз влияния продуктов техногенеза, поступающих в атмосферу, на поверхность растений, в почвы, водоемы, зависит от той ландшафтно-геохимической обстановки, в которую они попадают. В одних случаях продукты техногенеза долго сохраняются и накапливаются, превышая устойчивость природной системы, в других условиях продукты техногенеза легко «перерабатываются» природными геохимическими процессами, разлагаются, утрачивают токсичность, рассеиваются на больших пространствах. Механизмы накопления и миграции потоков техногенеза, влияющие на ландшафтно-геохимические барьеры, определяют способностью системы к «самоочищению» (Глазовская, 1988).
Эколого-географические и климатологические особенности Ставропольского края
Ставропольский край занимает центральную часть Предкавказья и частично западную часть Прикаспийской низменности. Территория края простирается на 3,5 с севера на юг (от 46 14; с.ш. до 4339; с.ш.) и на 5 с запада на восток
Рельеф края довольно разнообразен и делится по абсолютным высотам на низменный (менее 200 м), возвышенный (200-500 м) и горный (более 500 м) (Шальнев, Савельева, 2000).
Большую часть края занимает Ставропольская возвышенность, представляющая собой обширное куполовидное поднятие, отдаленное от предгорий Кавказа. К западу и востоку от нее простираются Кубанская и Прикаспийская низменности. Южная часть края относится к предгорьям Кавказа и представлена предгорными наклонными равнинами — Восточно-Кубанской, Минерал овод ской и Кабардинской. На Минераловодской равнине возвышается 17 останцовых магматических гор, самая высокая из которых, Бештау, достигает 1400 м. На северо-западе предгорной части расположен невысокий (около 850 м) Сычевско-Воровсколесский останцовый массив. Крайнюю южную часть пересекает Пастбищный хребет, который является уже наиболее низкой краевой ступенью Кавказских гор, где высоты достигают 1200-1600 м. Долина р. Подкумок образует здесь замкнутое обширное понижение — Кисловодскую котловину с высотами 600-700 м.
Ставропольская возвышенность представляет собой плато, сильно расчлененное глубокими речными долинами, балками и оврагами. Наиболее высокая юго-западная часть является водоразделом между р. Егорлык и Калаус. Здесь сохранилось много высоких останцов, принявших форму гор: Стрижамент (832 м), Недреманная (622 м), а также сохранившие вид плато Ставропольские, Прикалаусские и Бешпагирские высоты. Склоны Ставропольской возвышенности глубоко изрезаны долинами рек и часто довольно круто обрываются к их днищам. Превышения рельефа достигают 200-300 м.
Наиболее низким участком в крае является Кумо-Манычская впадина, ограничивающая Ставропольскую возвышенность с северо-востока. Она представляет собой крупное линейно вытянутое на северо-запад понижение рельефа — депрессию. Ее плоское днище занято поймами и низкими террасами рек Маныча, Калауса и Кумы с множеством озер. Это самая низкая часть территории края с береговыми отметками озера Маныч до 12 м, а реки Кумы — всего 5 м над уровнем моря.
Ставропольский край находится на юге умеренного континентального пояса. Климат Ставрополья, как и всего Предкавказья, формируется под воздействием Азорского, Сибирского и Арктического центров действия атмосферы (областей высокого давления). Среди местных факторов, определяющих климат, помимо широты места, наибольшее влияние оказывают резкие различия высот, и наличие в южной части края высокой стены Кавказских гор, служащей климатической границей между Северным Кавказом и Закавказьем. Кавказские горы затрудняют проникновение на север теплого воздуха из Закавказья (Щитов 1960). А холодные воздушные массы, приходящие с севера, напротив, задерживаются или растекаются по равнинам Ставрополья. Несмотря на то, что территория края расположена в центре Северного Кавказа, между Черным и Каспийским морями, влияние морей на климат невелико. Западный Кавказ в значительной мере изолирует этот участок от воздушных потоков, идущих с Черного моря. Вся восточная часть края находится в ветровой тени Ставропольской возвышенности. Мелкое Каспийское море не оказывает смягчающего влияния на климат, так как зимой северная часть Каспия покрыта льдом и не может нагревать приходящие с востока воздушные массы. Летом сухой среднеазиатский воздух, проходя над морем, также мало изменяется в силу незначительной ширины и глубины этого бассейна.
Все эти факторы делают климат Ставрополья континентальным с довольно большой годовой амплитудой температур и сравнительно небольшим количеством осадков (Щитов 1958; Шальнев, Савельева 1995 и др.).
Южное положение края определяет большую высоту солнца над горизонтом, что непосредственно влияет на угол падения солнечных лучей в течение года, а значит, на формирование устойчивого климатического режима. За год край получает 117-128 ккал/см тепла, что значительно больше, чем в других регионах России. Эти показатели по территории края распределены неравномерно. Так, максимальные значения характерны для районов, расположенных на западных склонах Ставропольской возвышенности. При движении на восток и юго-восток количество суммарной солнечной радиации уменьшается до 123-120 ккал/см , и на юге края достигает своего минималь-ного значения 119 ккал/см . Эти различия носят сезонный характер и проявляются за счет облачности. Количество суммарной радиации в течение года меняется следующим образом: минимум наблюдается в зимнее время (де-кабрь), от 2,6 до 3,0 ккал/см . Это определяется низким стоянием солнца над горизонтом и наибольшей облачностью. Максимум характерен для летнего времени, хотя наибольшая высота солнца над горизонтом наблюдается в июне, следовательно, в это время должен быть максимум суммарной радиации. Но в связи с повышенной облачностью этот максимум смещается на июль. В августе, как и в июле, наблюдается минимум облаков, но благодаря уменьшению высоты солнца над горизонтом величины суммарной радиации ниже, чем в июне и июле.
Сезонные изменения количества суммарной радиации выглядят следующим образом: зимой приток радиации наименьший, а летняя сумма составляет порядка 41-45% от годовой, весной солнечной радиации поступает на 12-14 ккал/см2 больше, чем осенью.
Определяя радиационные факторы образования климата, нельзя не принять во внимание альбедо поверхности. В январе и феврале на территории края наблюдается устойчивый снежный покров, поэтому величина альбедо для этих месяцев принята за 0,70. В марте и декабре создаются условия неустойчивого снежного покрова, что соответствует альбедо 0,45. С апреля по ноябрь на территории края продолжается период вегетации, альбедо по краю в этот период принято за 0,20.
На территорию края проникают все типы воздушных масс, кроме экваториальных. Большую часть года здесь преобладает континентальный воздух умеренных широт, приходящий с востока (из Сибири или Казахстана). Морской воздух умеренных широт поступает с Атлантического океана, принося погоду с осадками. Часто в зимнее время приходит арктический воздух с Баренцева моря, в первую половину зимы. Во вторую половину сезона поступают главным образом арктические воздушные массы с Карского моря. Во все сезоны года в край может поступать воздух континентальных воздушных масс со стороны Средней и Малой Азии (Щитов 1960; Шальнев, Савельева, 1995, и др.).
В формировании климата края большую роль играет рельеф и подстилающая поверхность. Наличие в южной части края высоких Кавказских гор затрудняет проникновение с юга теплого воздуха. В то же время холодные воздушные массы свободно приходят с севера и, встречая горы, надолго задерживаются здесь. Ставропольское плато, возвышаясь по пути движения влажных воздушных масс с запада разграничивает территорию на засушливую восточную часть и более влажную западную. Соседство Калмыцких степей на северо-востоке усиливает засушливость восточных районов летом и открывает прямой доступ холодным ветрам зимой. В летний период наиболее жарко в восточной части края. Здесь суммы активных температур выше 10 превышают 3600. С продвижением на запад и с увеличением высоты местности количество тепла убывает. Продолжительность теплого периода (с температурой выше 0) на большей части территории края составляет около 9 месяцев.
Основные источники загрязнения атмосферного воздуха в Ставропольском крае
Современный этап промышленно-урбанизированного освоения городов края характеризуется резким возрастанием антропогенно-техногенной нагрузки на природные комплексы и, в связи с этим, обострением экологических проблем. Начало данного этапа относится к концу 40-х годов XX в. и соотносится с пуском в эксплуатацию ставропольских месторождений газа, а также с сооружением Невинномысского канала, Сенгилеевского водохранилища, Свистухинской, Сенгилеевской ГЭС. Эти объекты создали энергетический и водный потенциал для роста городов и способствовали изменению структуры природопользования. В 50-е - 60-е гг. основной упор был сделан на строительство предприятий химии, тяжелого машиностроения и приборостроения, не обеспеченных сырьевой базой и удобными коммуникациями. Строительство промышленных объектов осуществлялось без достаточного внимания к вопросам охраны природы. Планирование воздухоохранных мероприятий и оценка их эффективности производились по валовым выбросам. Это давало возможность довольно простым способом показать высокую эффективность деятельности по охране атмосферы: установить или реконструировать очистные сооружения по снижению выбросов пыли либо перевести отопительные котельные или ТЭЦ на газовое топливо и тем самым значительно снизить валовые выбросы. Практически не поднимался вопрос о необходимости сокращения выбросов окислов азота, различных специфических веществ, поскольку решение этих задач требовало специальных разработок, реконструкции существующих производств, внедрения малоотходных и безотходных технологий. Однако проблема загрязнения воздуха специфическими веществами сохранялась. Вблизи каждого крупного предприятия обнаруживалось содержание вредных веществ выше установленных нормативов. Вплоть до середины 90-х годов Ставрополь и Невинномысск входили в число наиболее загрязненных специфическими веществами городов России («Окружающая среда и здоровье», атлас, 1995).
В общей структуре промышленного производства лидирующее положение занимали две отрасли: электроэнергетика, на долю которой приходилось около 32% произведенной продукции, и пищевая промышленность — более 31% (рис. 5). Значительная доля приходилась машиностроение (8,6%), химическую промышленность (12,6%), топливную (4,3%) и промышленность стройматериалов (2,6%). Топливно-энергетический комплекс края представлен Ставропольской и Невинномысской ГРЭС, АО «Ставропольэнерго», предприятиями ОАО «Газпром», «Кавказтрансгаз», ОАО «Роснефть-Ставропольнефтегаз». К числу ведущих предприятий химической промышленности в крае относят: ОАО «Невинномысский Азот», ОАО «Ставрополь-полимер», ОАО «Ариест», выпускающие удобрения, реактивы, полиэтилен, косметические изделия.
На основе данных Ставропольского краевого комитета по охране окружающей среды, сведений краевой лаборатории по мониторингу загрязнения окружающей среды, станции санэпидемиологического надзора, краевого управления статистики, а также ознакомления с экологической ситуацией на ряде ведущих производств нами проведен анализ экологической ситуации в Ставропольском крае за период 1990 - 2000гг.
Переход на рыночную экономику с начала 90-х годов отразился и на структуре производства Ставрополья. Возникла общая тенденция снижения антропогенного воздействия в городах в связи с остановкой многих крупных промышленных предприятий, сокращением выбросов загрязняющих веществ и, отчасти, проведением воздухоохранных мероприятий, выходом из состава края Карачаево-Черкесской республики.
Так, по данным («Государственного доклада..., 1995) за период 1992— 1996 гг. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в г. Ставрополе от стационарных источников уменьшились на 71%. Наиболее неблагоприятные условия складывались в регионах мощных стационарных источников и местах интенсивного движения автотранспорта. Приоритетные загрязнители, выбрасываемыми в воздух предприятиями Ставропольского края стали: оксиды углерода (62%), оксиды азота (14%), углеводороды (10%), двуокись серы (4%). На фоне спада производства продукции других отраслей в химической промышленности несколько выросло производство синтетических смол, пластических масс и минеральных удобрений — почти на 18%.
С 1996-1998 гг. в промышленности края в целом наблюдается стабилизация и незначительный рост объемов производства продукции в отраслях электроэнергетики, химической и топливной промышленности.
С 1998 г. возрастает количество выброшенных вредных веществ в атмосферный воздух края. Основная доля выбросов приходится на предприятия электроэнергетики, трансгаза и нефтегаза, химической промышленности.
По данным Госкомстата Ставропольского края, выбросы вредных веществ в атмосферу по городам края в 2001-2002 гг. (рис. 6) показали следующее. Среди наиболее опасных в экологическом отношении отраслей можно назвать электроэнергетику, топливную и химическую промышленность. На долю вышеуказанных отраслей, в общей сложности, приходится более 70% всех вредных выбросов промышленности. вредных веществ в атмосферу в 2001-2002 гг.
Наибольшее количество выбросов в атмосферу (рис.7-8) зарегистрировано в Невииномысске (14,386 тыс.т), Ставрополе (3,163 тыс.т), Буденновске (4,613 тыс.т.), Минеральных Водах (1,682 тыс.т). Меньше всего выбросов в атмосферу отмечено в Лермонтове (0,150 тыс.т), Ессентуках (0,294 тыс.т), Железноводске (0,297 тыс.т). Выбросы вредных веществ по районам края в 2001-2002 гг. показали следующие результаты.
Антропогенные факторы загрязнения воздушного бассейна города Ставрополя
Северо-западная зона включает предприятия химической и машиностроительной промышленности (ООО «Лисма - Люминофор», ОАО «Оптрон», АООТ «Нептун», ОАО «Завод электроматериалов и приборов «Аналог», ОАО «Автоприцеп - Камаз» и др.).
В северной зоне сосредоточены предприятия химической и машиностроительной отраслей, производство стройматериалов: 000 «Сажевый завод», ЗАО ППК «Стройдеталь-1», ОАО «ТСП Стройматериалы», завод стеновых материалов и керамзита и др.
Южная промышленная зона представлена пищевой и радиотехнической промышленностью: молочный комбинат, завод «спецконструкций», ОАО «Ставропольский радиозавод «Сигнал» и другие предприятия.
В восточной промышленной зоне города находятся предприятия химической, металлургической, автотранспортной, пищевой промышленности: ЗАО « Красный металлист», ОАО «СТАПРИ», ОАО «Электроавтоматика», ОАО «Ставропольский инструментальный завод», ООО СП «Стеклотара», ОАО мясокомбинат «Ставропольский» и др. В этой же зоне расположен и железнодорожный вокзал, являющийся местом сосредоточения железнодорожного и автомобильного транспорта.
В юго-восточной промышленной зоне находятся предприятия машиностроительной, медицинской, приборостроительной промышленности: ГУП «Ставропольская биофабрика», ГУП «Аллерген», ЗАО АК «Кинотехника».
Предприятия центральной промышленной зоны не располагаются столь компактно и представлены различными отраслями: завод «Спутник», кожевенный завод. Кроме того, в центральной части города находится автопредприятие АО «Автовокзал - Ставрополь», характеризующееся большим скоплением пассажирского и грузового автотранспорта.
Расположение функциональных зон в городе Ставрополе характеризуется тесным контактом между селитебными и промышленными зонами, а также местоположением многих крупных предприятий в наиболее возвышенных участках местности, обусловливающих значительное негативное влияние на качество жизни горожан.
Между содержанием вредных веществ в атмосфере и размером города существует довольно четкая зависимость, что позволяет использовать число жителей в качестве одного из оснований геохимической классификации городов (Касимов, 1995). На основании фактов, изложенных выше, нами был рассчитан коэффициент эмиссионной нагрузки Е, показывающий количество выбросов на одного жителя в год (E=P/N, где Р-количество выбросов, тыс.т. год; а JV-число жителей, тыс. чел.). По значению коэффициента Е город Ставрополь можно отнести к L -разряду городов с до 0,3 т/чел. год, куда входят многие крупные и средние города с машиностроительной специализацией.
В 2001 г. общие выбросы цинка в атмосферу г. Ставрополя от стационарных источников составили 0,1098 т. На долю отрасли машиностроения и металлообработки приходится 24% (0,0267 т), химической и нефтехимической - 12,6% (0,0139 т). Выбросы осуществлялись в виде оксида цинка (81%), сульфата цинка (10%), сульфида цинка (8,9%).Наиболее распространенный источник загрязнения атмосферного воздуха свинцом - выхлопные газы автотранспорта, выбрасываемые в атмосферу вдоль дорог и далее оседающие в виде различных соединений на любые компоненты среды. Другие, достаточно типичные источники загрязнения свинцом - скопления мусора на свалках, содержащие строительные отходы (остатки строительных деталей, выкрашенных свинцовыми белилами, битый кирпич, зола угля, содержащего свинец и т.д.) В 2001 году общие выбросы свинца в атмосферу г. Ставрополя от стационарных источников составили 0,0883 т. На долю химической и нефтехимической отрасли приходится 80,5% (0,0709 т), пищевой - 3,4% (0,003 т), машиностроения и металлообработки -2,4% (0,0021 т). Преобладают выбросы сернокислого свинца - 0,0555 т (63% выбросов дает 1 предприятие химической отрасли), неорганических соединений свинца - 0,0303 т (25 предприятий).
Общие выбросы меди в атмосферу от стационарных источников в г. Ставрополе за 2001 год составили 0,034 т, при этом вся масса выбросов (100%) приходится на машиностроительную отрасль.
Марганец нередко содержится в каменном угле и концентрируется в его золе. В 2001 году общие выбросы марганца в атмосферу г. Ставрополя от стационарных источников составили 0,3158 т. На долю машиностроения и металлообработки приходится 63% выбросов марганца и его соединений (0,199 т), пищевой промышленности - 4,9% (0,0153 т), химической и нефтехимической отрасли - 3,1%) (0,0099 т).
Источниками загрязнения окружающей среды кадмием являются добыча и металлургия цинка, электронная, электротехническая и полупроводниковая промышленность, производство красок и суперфосфатных удобрений. Выбросы кадмия в атмосферу города в 2001 году составили 0,3036 т, из них 0,287 т (94,7% ) приходится на химическую и нефтехимическую отрасли; 0,0171 т (5,6%) - на машиностроительную отрасль и металлообработку. В структуре загрязнения преобладает стеарат кадмия (0,286 т или 94,6% от общего по городу), который поступает от 1 предприятия. Выбросы оксида кадмия составляют 5,6%, сульфата кадмия - 0,04%.
Бурная «эпидемия автомобилизации», наблюдающаяся в последние годы в крупных городах, является характерным явлением и для Ставрополя. Отмечается устойчивый рост объема вредных выбросов от автотранспорта -67,5%). Повышенному скоплению выхлопных газов в воздухе способствует сложный рельеф местности, широкое использование дизельных автобусов, неудовлетворительное техническое состояние значительной части транспортных средств. Интенсивное насыщение воздуха выхлопными газами в часы пик происходит в районах Нижнего и Верхнего рынков, на перекрестках магистральных улиц Доваторцев, Ленина и проспект Кулакова, в других районах интенсивного движения автотранспорта. На основных автомагистралях (пр. К. Маркса, пр. Кулакова, ул. Ленина, ул. Доваторцев) уровень шума достигает до 70 дБ и более при норме 55-65 дБ. Максимальный уровень шума железнодорожного транспорта в привокзальной части города составляет 74-82 дБ. Уровень шума трансформаторных подстанций достигает 62-69 дБ (Экологический ..., 1995).
Похожие диссертации на Геоэкологический мониторинг современного состояния атмосферного воздуха городов Ставропольского края
