Введение к работе
Актуальность исследования обусловлена важностью изучения прибрежной зоны северных регионов для предотвращения негативных последствий антропогенной деятельности, так как прибрежная зона – очень уязвимая территория, тем более в северных регионах, в то же время она интенсивно осваивается человеком в течение уже длительного времени. До недавнего времени Арктика рассматривалась в качестве «эталона чистоты». Исследования последних 40 лет, выполненные учеными разных стран, показали, что в северных широтах, особенно в Арктике, в загрязнении природной среды большую роль играет перенос загрязняющих веществ воздушными массами. Арктический аэрозоль содержит составляющие различной природы, количественное соотношение между которыми зависит от времени года и места наблюдений.
В прибрежной зоне взаимодействие компонентов окружающей среды проявляется наиболее ярко. Это наиболее динамичная часть всей акватории. Вследствие различия подстилающей поверхности суши и моря, особенности осаждения загрязняющих веществ в прибрежной зоне морей отличаются от особенностей их осаждения в открытом море и в глубине континента. Изучение ионного состава осадков и снежного покрова, связей между концентрациями элементов позволяет выявить пути поступления веществ на исследуемую территорию. Положение территории в высоких широтах определяет благоприятные предпосылки для исследования химического состава атмосферы, используя атмосферные осадки и снежный покров в качестве природного архива потоков веществ из атмосферы.
Объектами исследования являются атмосферные осадки и снежный покров прибрежной зоны Белого, Баренцева и Карского морей.
Предмет исследования – процесс формирования ионного состава атмосферных осадков и снежного покрова прибрежной зоны западного сектора Арктических морей.
Цель исследований – оценка влияния местных источников загрязнения и дальнего переноса на формирование ионного состава атмосферных осадков и снежного покрова прибрежной зоны западного сектора Арктики.
Задачи исследований:
-
Составление электронной базы данных ионного состава атмосферных осадков на территории Вологодской, Архангельской областей, Ненецкого автономного округа (АО) и Республики Коми и электронной базы данных ионного состава снежного покрова на территории Мурманской, Вологодской и Архангельской областей, Ненецкого, Ямало-Ненецкого, Таймырского АО и Республики Коми за многолетний период.
-
Инвентаризация наиболее значимых источников загрязнения окружающей среды, оказывающих влияние на исследуемую территорию.
-
Статистический анализ материалов государственного мониторинга загрязнения атмосферных осадков и снежного покрова.
-
Расчет и классификация обратных траекторий поступлений воздушных масс.
-
Выявление путей поступления основных ионов по результатам статистического анализа и анализа обратных траекторий поступления воздушных масс.
-
Разработка рекомендаций по оптимизации системы наблюдений за ионным составом атмосферных осадков и снежного покрова.
Научная новизна. Впервые исследован ионный состав осадков и снежного покрова в прибрежной зоне западного сектора Арктики как особого географического объекта. Изучена временная и пространственная динамика ионного состава осадков и снежного покрова территории. Проведен анализ процессов формирования ионного состава атмосферных осадков и снежного покрова для данного района, выявлены общие закономерности и локальные особенности поступления ионов. Выполнена оценка воздействия ионного состава осадков и снежного покрова на подстилающую поверхность. Разработаны рекомендации по оптимизации системы наблюдений за ионным составом осадков и снежного покрова.
Практическая значимость. Материалы и результаты исследования могут быть использованы при составлении разделов справочных пособий экологического состояния Европейской территории России (ЕТР), для разработки лекционных курсов по региональной экологии, для составления частных программ мониторинга окружающей среды, а также для совершенствования системы регионального экологического мониторинга.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Корреляционный анализ и анализ обратных траекторий поступления воздушных масс позволяет определить факторы, оказывающие влияние на ионный состав снежного покрова и атмосферных осадков.
-
Вследствие влияния морских аэрозолей в прибрежной зоне происходит обогащение атмосферных осадков и снежного покрова ионами натрия и хлорид-ионами, в том числе и в зимний период, в связи с поступлением воздушных масс с незамерзающей части Баренцева моря и севера Атлантического океана.
-
Повышенные концентрации сульфат-ионов в прибрежной зоне обусловлены влиянием моря. В районе гг. Мончегорск и Архангельск, на побережье Таймырского п-ова установлен антропогенный вклад в загрязнение осадков и снега сульфат-ионами.
-
Основной вклад в антропогенную составляющую загрязнения снежного покрова вносят формы азота.
-
Для оптимизации системы мониторинга рекомендуется возобновление наблюдений за ионным составом снежного покрова на гидрометеорологической станции (ГМС) Архангельск; организовать отбор проб снежного покрова в районе г. Новодвинск и дополнительную точку отбора проб снежного покрова на территории Ненецкого АО; провести ежемесячный отбор проб снежного покрова на станциях Онега, Архангельск, Шойна, Нарьян-Мар, Диксон; включить в Программу мониторинга снежного покрова и атмосферных осадков отдельных станций определение концентраций тяжелых металлов и ароматических углеводородов.
Личный вклад. Автором была составлена электронная база данных ионного состава осадков на 6 прибрежных станциях, а также электронная база данных ионного состава снежного покрова на 43 прибрежных и островных ГМС; проведен статистический анализ материалов, включающий расчет основных статистических показателей и матриц коэффициентов парной корреляции между концентрациями ионов для атмосферных осадков и снежного покрова; построены и классифицированы обратные траектории поступления воздушных масс; выявлены особенности формирования ионного состава осадков и снежного покрова; построены карты пространственного распределения значений концентраций ионов в снежном покрове; рассчитана нагрузка поступления ионов на подстилающую поверхность; разработаны рекомендации по оптимизации системы наблюдений за ионным составом осадков и снежного покрова на рассматриваемой территории.
Достоверность результатов подтверждается большим объемом экспериментального материала, использованием апробированных методик полевых и камеральных работ, современных методов статистического анализа, ГИС-технологий. Вся процедура от отбора пробы до получения данных о концентрациях ионов проводится по единым методикам. Расчет обратных траекторий поступления воздушных масс производился в Программе HYSPLIT, разработанной Лабораторией воздушных ресурсов Американской национальной администрации по исследованию океана и атмосферы (NOAA), широко используемой в научных кругах.
Апробация работы. Данные диссертационного исследования были доложены и обсуждены на 6 международных и региональных научных и научно-практических конференциях, в том числе XVIII и XIX Международных научных конференциях (Школах) по морской геологии (Москва, 2009, 2011), Конференции молодых специалистов, посвященной 55-летию Института прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова (Москва, 2011), Научной конференция с международным участием «История изучения и освоения Арктики – от прошлого к будущему» (Архангельск, 2012).
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 10 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 122 источника, списка иллюстративного материала. Общий объем диссертации составляет 257 страниц, включая 12 приложений, 41 рисунок, 10 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г.н. В.Б. Коробову, а также к.г.-м.н. В.П. Шевченко за консультации и рекомендации. Автор признательна сотрудникам ФГБУ «Северное УГМС», принимавшим участие в сборе фактического материала, а также руководителю ФГБУ «Мурманское УГМС» А.В. Семенову за предоставление данных химического анализа проб снежного покрова, отобранных на территории Кольского п-ова.
