Введение к работе
Актуальность работы.
В крупных урбанизированных центрах и регионах здоровье населения во многом зависит от чистоты воздушного бассейна. Загрязнители, попавшие в атмосферу, вследствие процессов ее самоочищения, посредством выпадения атмосферных осадков проникают и аккумулируются в таких депонирующих средах как почва, донные отложения, снеговой покров, вода. В связи с этим в экологическом мониторинге стали актуальными методы исследования, основанные на использовании планшетов-накопителей аэрозоля, в том числе и снегового покрова. Преимущество таких методов в том, что они позволяют не только охарактеризовать состояние атмосферного воздуха, но и оценить загрязнение подстилающей поверхности, ущерб, наносимый деятельностью человека. Изучение снегового покрова позволяет составить картину пространственного распределения химических элементов и оценить интенсивность воздействия источников загрязнения в зимний период. А по средствам многолетнего мониторинга снегового покрова можно выявить пространственно-временные особенности распределения элементов, обнаружить новые очаги загрязнения и определить тенденцию в изменении качества окружающей среды. Таким образом, снеговой покров можно считать надежным индикатором загрязнения атмосферы.
Мониторинг загрязнения территории Санкт-Петербурга в зимний период такими приоритетными загрязнителями как тяжелые металлы (ТМ) и противоголедные материалы (ПГМ) ведется в недостаточном объеме. Контроль качества воздуха на сети станций мониторинга, расположенной в Санкт-Петербурге, осуществляется с помощью аспирационного метода, фиксирующего уровень загрязнения взвешенными частицами в целом, не учитывая вклад каждого отдельного элемента. Диссертационное исследование, проведенное автором, представляет новые актуальные данные раскрывающие особенности загрязнения поллютантами городской среды и особенности экологического состояния Санкт-Петербурга.
Объект исследования: снеговой покров Санкт-Петербурга.
Предмет исследования: процессы загрязнения снегового покрова урбанизированной среды.
Целью настоящей работы является выявление особенностей поведения поллютантов в снеговом покрове Санкт-Петербурга и оценка их влияния на городскую среду.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
охарактеризовать региональные особенности территории исследования и факторы, влияющие на характер экологической обстановки в ней;
определить уровень влияния поллютантов техногенного происхождения на воздушную среду города;
посредством геоэкологического картирования выявить пространственно-временные особенности распространения поллютантов;
выявить многолетние тренды в поведении поллютантов в центральной части Санкт-Петербурга;
определить и проанализировать уровень техногенной нагрузки, складывающийся в районах загруженных автомагистралей Санкт-Петербурга.
Защищаемые положения:
1.Экологическая обстановка Санкт-Петербурга, самого северного мегаполиса Европы, определяется уникальным сочетанием природных и антропогенных факторов, положением города на границе крупнейших физико-географических таксонов и региональными особенностями, определяющими характер потоков поллютантов природного и антропогенного характера.
2.Исследования техногенной компоненты группы поллютантов, как главных загрязнителей снегового покрова, определили особенности их поведения в городской среде.
3.Мониторинг поведения загрязнителей снегового покрова позволил количественно рассчитать уровень нагрузки на воздушную среду в зимний период как низкий и ежегодно снижающийся.
4.Техногенная нагрузка на городскую экосистему в районах загруженных магистралей остается чрезвычайно высокой, а последствиями такого воздействия являются значительные экономические издержки и ущерб, наносимый окружающей среде прилегающих территорий.
Теоретической основой диссертации являются результаты исследований ведущих отечественных и зарубежных специалистов в области изучения атмосферы, состояния снегового покрова и его пылевой составляющей, особенностях жизнеспособности растений в условиях городской среды: Р.А. Бабаянца, В.В. Байковского, О.Ю. Белозеровой, А.П. Бояркиной, В.Н.Василенко, В.Д. Виленского, В.С. Воскресенского, В.П. Зверева, Ю.А. Израэля, Н.С. Касимова, П.А. Коузова, Н.Л. Линевича, А.А. Матвеева, А.З. Миклишанского, О.А. Неверовой, Е.М.Нестерова, А.И. Перельмана, Г.Б. Пигольциной, Б.А. Ревича, Ю.Е. Саета, Л.Г.Соколовского, А.В. Таловской, М.Д. Уфимцевой, Ш.Д.Фридмана, Е.Г. Язикова, Э.Я. Яхнина и личные исследования и разработки автора.
Фактический материал и методы исследования. В диссертационной работе использованы авторские материалы и проанализированы данные предыдущих исследований. В основу диссертации легли результаты десятилетнего мониторинга центра Санкт-Петербурга, результаты исследований, проведенных в 6 районах Санкт-Петербурга в зимний период 2010-2011 и на бульварной полосе вдоль Московского проспекта в 2012 году. Всего отобрано и проанализировано 950 проб. Отбор и подготовка проб к анализу проводились в соответствии с официально утвержденными и разработанными методиками. Выполнено более 11000 элементоопределений методом рентгенофлуоресцентного анализа в лаборатории Геохимии окружающей среды им. А.Е. Ферсмана РГПУ им. А.И. Герцена. Анализ пылевой составляющей снегового покрова осуществлялся в сертифицированных лабораториях масс-спектрометрического анализа Центра изотопных исследований Всероссийского научно-исследовательского геологического института имени А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ) и рентгеноспектрального микроанализа и растровой электронной микроскопии Радиевого института имени В.Г. Хлопина, а также в междисциплинарном ресурсном центре коллективного пользования РГПУ имени А.И. Герцена.
Научная новизна заключается в выявлении ряда закономерностей поведения поллютантов в снеговом покрове урбанизированной среды, преимущественно для территорий с разной техногенной нагрузкой. Определен состав твердой фракции снегового покрова и характер источников загрязнения. Проведен комплексный анализ примагистральных территорий и оценено влияние противогололедных реагентов на окружающую среду. Впервые по районам Санкт-Петербурга составлены подробные карты суммарного уровня загрязнения снегового покрова и распределения уровня кислотности.
Обоснованность и достоверность результатов исследования базируется на большом количестве исходных материалов; применении высокочувствительных методов исследования вещества, принятых в системе геоэкологических исследований; использовании новейших компьютерных технологий, ГИС технологий, обработки аналитических материалов и представления результатов; а также анализе отечественных и зарубежных литературных источников и публикаций по исследуемой проблеме.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в развитии теории геоэкологии, усовершенствовании методологии геоэкологических исследований урбанизированных территорий. Автором предложена концепция оценки влияния поллютантов в зимний период на городскую среду для территорий с разным уровнем антропогенной нагрузки.
Практическая значимость. В ходе диссертационного исследования получены данные, позволяющие спрогнозировать динамику загрязнения окружающей среды Санкт-Петербурга, результаты исследования использовались при создании ГИС атласа «Экология Петербурга». Диссертационное исследование выполнялось в рамках договоров НИР №№ 87/10, 51/11, №№84/10, 48/11, №№85/10, 52/11, №№83/10, 50/11, №82/10, 49/11 «Экологический мониторинг зеленых насаждений Василеостровского, Приморского, Пушкинского, Красногвардейского районов Санкт-Петербурга», все полученные материалы вошли в базы данных, прошедшие государственную регистрацию как объекты интеллектуальной собственности. Результаты исследования используются в учебном и научном процессах РГПУ им. А.И. Герцена и являются частью программы научного развития кафедры 2.3.1 «Пространственно-временной мониторинг окружающей среды на базе НОЦ «Геоэкология и геохимия»».
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации изложены в 8 печатных работах, из них – 2 в рецензируемых изданиях. Результаты исследований доложены на V, VI Международных конференциях «Геология в школе и вузе: Геология и цивилизация» (РГПУ им. А.И. Герцена 2007, 2009 гг.), V Международной научной конференции студентов и аспирантов «География, геоэкология, геология: опыт научных исследований» (ДНУ 2008 г.), Международной конференции «Геология, геоэкология, эволюционная география» (РГПУ им. А.И. Герцена, 2011 г.), Международной молодежной конференции «Науки о Земле» (РГПУ им. А.И. Герцена, 2012 г.).
