Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Физико-географическая характеристика региона исследований 9
1.1 Рельеф 9
1.2. Климат 9
1.3. Почвы12
1.4. Гидрологическая характеристика южного прибайкалья 13
1.5. Источники формирования химического состава воздушной среды в регионе оз. байкал 18
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 22
2.1 Станции мониторинга, отбор проб и подготовка их к анализу...22
2.2 Оборудование для анализа и методики определения компонентов 26
2.3 Контроль качества результатов химического анализа 28
ГЛАВА 3. Химический состав атмосферных осадков ...31
3.1 Кислотные выпадения и их последствия 31
3.2 История изучения химического состава атмосферных осадков в байкальском регионе 36
3.3 История изучения химического состава речных вод в байкальском регионе 39
3.4 Пространственная и временная динамика минерализации атмосферных осадков 40
3.4.1 Влияние физико-географического положения станций мониторинга на минерализацию атмосферных осадков 40
3.4.2 Внутригодовые изменения суммы ионов в атмосферных осадках...43
3.4.3 Межгодовая динамика суммы ионов в атмосферных осадках 50
3.5 Динамика основных ионов в атмосферных осадках 54
3.6 Динамика величины рн в атмосферных осадках 73
ГЛАВА 4. Формирование химического состава снеговых вод в регионе озера байкал 94
4.1 Химический состав снеговых вод в промышленных районах байкальского региона 94
4.2 Химический состав снеговых вод в районах локального и регионального переноса загрязняющих веществ 102
4.3 Химический состав снеговых вод в фоновых районах байкальского региона 117
ГЛАВА 5. Особенности формирования химического состава и гидрохимического режима речных вод в районе южного байкала в современный период 123
5.1. Поступление веществ в составе атмосферных осадков на станциях мониторинга байкальского региона 123
5.2 Накопление химических компонентов в снежном покрове байкальского региона 127
5.3. Общие закономерности формирования химического состава речных вод 135
5.4 Особенности формирования химического состава речных вод байкальского региона 138
5.5 Химический состав вод малых притоков оз. байкал и влияние атмосферных осадков на его формирование 140
5.5.1 Химический состав и гидрохимический режим рек юго-восточного побережья Байкала 140
5.5.2. Химический состав и гидрохимический режим р. Крестовка (юго-западное побережье оз. Байкал) 152
5.5.3 Химический состав и гидрохимический режим р. Большая Сухая (фоновый район восточного побережья оз. Байкал) 156
Выводы 160
Список литературы 162
- Климат
- Оборудование для анализа и методики определения компонентов
- Пространственная и временная динамика минерализации атмосферных осадков
- Химический состав снеговых вод в районах локального и регионального переноса загрязняющих веществ
Введение к работе
Актуальность работы.
Байкал - одно из крупнейших озер в мире. Площадь его поверхности составляет 31,5 тыс. км , максимальная глубина -1642 м, объем пресной воды - 23,6 тыс. км3. В Байкал впадает более 400 рек, воды которых составляют 82 % приходной части его водного баланса. В питании большинства притоков Байкала значительную роль играют атмосферные осадки. Речные воды и атмосферные осадки в бассейне озера изучаются уже более 50 лет, и за этот период установлены основные закономерности формирования их химического состава (Вотинцев и др., 1965; Вотинцев, Ходжер, 1981). Интенсивное развитие промышленности в Байкальском регионе привело к росту в речных водах концентраций загрязняющих компонентов и, как следствие, увеличению их стока в озеро (Сороковикова и др., 2000; Сороковикова и др., 2001). Происходят изменения и в составе атмосферных осадков (Оболкин, Ходжер, 1990).
Ежегодно в результате хозяйственной деятельности человека в атмосферу на глобальном уровне поступает более 150 млн. т диоксида серы и оксидов азота - основных кислотообразующих веществ. Выпадение кислотных осадков приводит среди прочих известных неблагоприятных экологических последствий к закисленню водоемов, появлению в них высокотоксичных ионов тяжелых металлов, уменьшению видового разнообразия, гибели рыб и других живых организмов. Первые кислотные выпадения на водосборной территории оз. Байкал зарегистрированы в Байкальском биосферном заповеднике (юго-восточное побережье озера) в 1980-ых гг. Речные воды в этом районе маломинерализованы и имеют низкую буферную емкость, что предопределяет их повышенную чувствительность к кислотным нагрузкам. Поэтому исследование закономерностей формирования химического состава речных вод в районах с различной антропогенной нагрузкой в Байкальском регионе является весьма
актуальным и представляет большой научный и практический интерес. Необходимость данной работы обусловлена недостаточной изученностью роли атмосферных осадков в изменении качества пресных вод уникального объекта мирового наследия - озера Байкал.
Целью работы было изучение химического состава и гидрохимического режима притоков Южного Байкала, оценка поступления основных ионов, кислотных компонентов с атмосферными осадками и их влияние на химический состав речных вод.
Задачи работы:
• изучить химический состав речных вод и гидрохимический режим рек, впадающих в Южный Байкал;
• исследовать влияние атмосферных осадков на химический состав речных вод этого района;
• проследить пространственную и временную изменчивость химического состава атмосферных осадков в разных физико-географических районах Байкальского региона;
• выявить районы, испытывающие высокую кислотную нагрузку и оценить возможность изменения химического состава речных вод на этих территориях.
Защищаемые научные положения:
1. Ведущую роль в формировании химического состава и гидрохимического режима притоков Южного Байкала играют атмосферные осадки.
2. В последние десятилетия химический состав атмосферных осадков в Байкальском регионе изменяется под влиянием хозяйственной деятельности. В составе осадков Южного Байкала повысилась доля соединений серы и азота, и это привело к смене гидрохимического класса вод.
3. Изменение химического состава речных вод в Байкальском регионе происходит в районах, испытывающих высокую кислотную нагрузку. За последние десятилетия произошла трансформация вод притоков Южного
Байкала - в их составе увеличилась относительная доля сульфатов и снизилась доля гидрокарбонатов.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые для Байкальского региона:
• проведен сравнительный анализ химического состава речных вод и атмосферных осадков современного периода с материалами более ранних исследований;
• выявлены изменения в химическом составе вод притоков и атмосферных осадков в районе Южного Байкала;
• исследованы атмосферные осадки, отобранные в каждом отдельном случае их выпадения с использованием автоматических осадкосборников, что исключило влияние "сухого осаждения" на химический состав осадков;
• изучены механизмы подкисления атмосферных осадков в Байкальском регионе и выявлены районы, подверженные влиянию кислотных выпадений.
Практическая значимость.
Материалы работы с 2000 г. используются в ежегодном отчете международной программы «Сеть станций мониторинга кислотных выпадений в Юго-Восточной Азии» (ЕАНЕТ), которая осуществляется в России под руководством Росгидромета. На основании многолетних наблюдений станция Монды рекомендована Росгидромету в качестве фоновой станции Глобальной Службы Атмосферы. Комплексные многолетние данные могут быть использованы различными ведомствами, занимающимися мониторингом природных сред, для оценки современного состояния речных вод и атмосферных осадков в Байкальском регионе и прогноза их вероятных изменений в будущем, а также при составлении карт экологического районирования.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на российских международных конференциях и совещаниях: «Второй и третьей международной Верещагинской Байкальской конференциях (Иркутск, 1995, 2000), симпозиуме Японской ассоциации международной программы по исследованию Байкала (1998, Япония), рабочих группах "Аэрозоли Сибири" (Томск, 1998-2003), Международном симпозиуме "Оксиданты/кислоты и деградация лесов в восточной Азии" (Япония, 1999), шестой международной конференции по кислотным выпадениям (Япония, 2000), IX Международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, 2002), Третьем Международном Симпозиуме «Ancient lakes: Speciation, development in time and space, natural history» (Иркутск, 2002), Fifth Workshop on Land Ocean Interactions in the Russian Arctic (LOIRA) (Москва, 2002), 8th International Seminar on the Regional Deposition Processes in the Atmosphere in The East Asia (Иркутск, 2002).
Автор принимал участие в тринадцати международных интеркалибрациях по контролю качества анализа "искусственных кислых дождей" под эгидой Всемирной метеорологической организации (ВМО) и международной программы "Сеть станций кислотных выпадений в Юго-Восточной Азии"(ЕАНЕТ).
Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано 37 работ.
Работа выполнена в Лимнологическом институте СО РАН в рамках планов НИР СО РАН. Автор участвовал в выполнении исследований по теме 501/19 "Разработка, интеркалибрация и внедрение новых методов физико-химического и биологического мониторинга", в международной программе "Сеть станций мониторинга кислотных выпадений в Юго-Восточной Азии"(ЕАНЕТ).
Автор принимал непосредственное участие в отборе и анализе проб речных вод, атмосферных осадков и снежного покрова, а также в анализе, обработке и интерпретации полученных данных, подготовке публикаций. Участвовал в решении комплексных задач междисциплинарного характера, что отражено в совместных публикациях с рядом соавторов.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации - 178 страниц, в том числе, рисунков -58, таблиц - 52, библиографический список из 190 наименований (20 страниц).
Автор выражает глубокую благодарность к.г.н. Ходжер Т.В. за научное руководство и поддержку работы, к.г.н. Сороковиковой Л.М., с.н.с. Голобоковой Л.П., к.т.н. Моложниковой Е.В., к.г.н. Синюковичу В.Н., д.г.н. Мизандронцеву И.Б., к.г.н. Домышевой В.М., к.г.н. Граниной Л.З., к.г.н. Оболкину В.А., к.т.н. Макухину В.Л., к.г.н. Потемкину В.Л., н.с. Погодаевой Т.В. и всем сотрудникам лаборатории за помощь в выполнении работы и консультации при ее оформлении.
Климат
Климат Прибайкалья характеризуется резкой континентальностью, низкими зимними температурами (январь - 20-30 С) и относительно теплым летом (июль - 14-18 С) (Мартынов, 1965; Визенко, 1989). Ослабление континентальности отмечается вблизи Байкала. Здесь проявляются большие контрасты температуры между озером и окружающей его территорией. Над Байкалом и в прибрежной части лето более прохладное. Основной воздушный поток над акваторией Байкала и его побережьем - северо западный. Скорости ветра изменяются в зависимости от района и сезона года: в Верхнеленских, северных и с наветренной стороны горных хребтов Восточного Саяна среднегодовые скорости равны 1-2 м/с, в Приангарье и Присаянье они заметно выше (2-3 м/с). На Байкале среднегодовые скорости ветра составляют 2-5 м/с. Максимальные скорости отмечены в холодный сезон в декабре, в теплый - в апреле и сентябре. С установлением сибирского антициклона скорости ветра снижаются до минимальных значений (Лут, 1976; Ладейщиков и др. 1987; Лут, 1989; Государственный Доклад, 2000).
Важным фактором климатообразования в районе Байкальской впадины являются местные циркуляции - бризовые и горно-долинные. Прибрежные хребты изменяют направление и скорость ветровых потоков, господствующих над сушей, окружающей озеро. Ориентация байкальских склонов по отношению к преобладающим воздушным потокам (подветренные, наветренные) формируют особый механизм местных циркуляции, основанный на термических и барических градиентах. Из местных ветровых потоков самые мощные - внутрикотловинные. Причина развития такого типа циркуляции - интенсивный воздухообмен между контрастными по термическому режиму котловиной Байкала и примыкающими к ней на севере Верхнеангарской, на юге Тункинской и в средней части Баргузинской котловин. Бризовая циркуляция на Байкале также обусловлена неодинаковым прогреванием суши и акватории. Днем она направлена с озера на сушу, а ночью - наоборот (Мизандронцева, 1970; Ладейщиков и др., 1987; Власенко, 1989; Трофимова, 2001).
Режим осадков исследуемого района в значительной степени определяется условиями атмосферной циркуляции и характером рельефа. Количество выпадающих зимой осадков невелико (5-24% годовой суммы), что связано с распространением над изучаемой территорией области повышенного атмосферного давления - сибирского антициклона, который препятствует прохождению циклонов. В холодный период циклоны возникают в основном на арктическом или полярном фронте. В ноябре Адекабре до 10-20% месячных сумм осадков связано с термической конвекцией над теплым по сравнению с сушей озером Байкал. В феврале-марте суммы осадков не превышают 5-15 мм, в горах Восточного Саяна-20-25 мм. Доля зимних осадков уменьшается с запада на восток. Высота снежного покрова на основной территории в среднем не превышает 30-50 см, в горах увеличивается до 120 см. Возрастание количества осадков начинается со второй половины весны, с разрушением обширной области антициклона и усилением циклонической деятельности. Циклоны обычно приходят с запада, принося облачность и значительные осадки. Летом возрастает повторяемость циклонов термического происхождения, поэтому количество атмосферной влаги максимально (371 мм). Максимум осадков приходится на июнь-август (рис. 1.1). Для этого периода характерны как затяжные дожди продолжительностью до 5-7 суток, так и ливни с порывистыми ветрами. Особенностью синоптической ситуации во время затяжных дождей является наличие обширной области атмосферного давления над Якутией и севером Охотского моря с отдельными отрогами разных направлений. Во время движения этого антициклона на юг и юго-запад наблюдаются выходы циклонов с юга на север через Монголию. Происходит заток холодных континентальных масс на территорию Иркутской области, что приводит к образованию вторичных фронтов. Эти фронты движутся до хребтов Восточного Саяна и Хамар-Дабана, встречают здесь орографическое препятствие, задерживаются и накапливаются. Затем начинается их медленный подъем по склонам гор с усиленным выпадением осадков. Таким образом, северо-западные склоны хребта Хамар-Дабан характеризуются наиболее значительной увлажненностью на территории Прибайкалья (500-1400 мм/год). Суточный максимум осадков зачастую превышает 125 мм. Юго-восточные склоны хребта находятся под влиянием сухих ветров Забайкальских степей, поэтому количество осадков здесь в 2,5-3 раза меньше (Бондарь, 1940; Щербакова, 1961; Гидрология юга..., 1966; Оболкин, 1976; Ладейщиков, 1989; Оболкин, 1989; Атлас Байкала, 1993; Грудинин, 2002; Густокашина и др., 2004).
На большей части равнинной территории и в предгорьях Восточного Саяна выпадает 300-500 мм осадков за год, на наветренных склонах хребтов -800-1400 мм. На острове Ольхон, в степном Приольхонском районе западного побережья озера, в долинах рек Баргузина и Селенги количество осадков составляет всего 200-300 мм/год (Государственный Доклад, 2000; Трофимова, 2002).
Почвы являются важнейшим источником обогащения атмосферы аэрозолями. В отдельных районах типом почв определяется минерализация, ионный состав и кислотность атмосферных осадков. Особенно интенсивно обогащают атмосферу растворимыми минеральными аэрозолямисолончаковые, каштановые и черноземные почвы. Вклад в обогащение атмосферы растворенными солями торфянисто-тундровых, подзолистых и супесчаных почв незначителен (Посохов, 1968). Почвы в Байкальском регионе формировались преимущественно на кислых породах: гранитах, гнейсах, гранитоидах, реже - известняках, доломитах, песчаниках. Наиболее распространенными являются подзолистые и дерново-подзолисные почвы. В высокогорье встречаются горно-песчаные, торфяно-подзолистые, иногда оглееные почвы. В гольцах - арктотундровые оподзоленные, тундровые глеевые, горно-тундровые щебнистые, высокогорные тундровые дерновые и торфяно-глеевые почвы (Мартынов, 1965; Вотинцев и др., 1965; Макеев, Корзун, 1962; Массель, Швец, 1991; Байкальский лес, 1999; Кузьмин, Плюснин, 2002).
Рассматриваемая в работе территория юго-восточного побережья оз. Байкал располагается в пределах северо-западного склона хребта Хамар-Дабан, с которого стекает 111 рек длиной более 10 км и свыше 3000 водотоков меньшей длины (Беляков и др., 1991). К наиболее крупным рекам района относятся Снежная, Утулик, Хара-Мурин, среди которых только Снежная течет на протяжении 175 км и имеет площадь водосбора 3000 км . Длина остальных водотоков в основном меньше 100 км, а площади бассейнов не превышают 1000 км . Густая речная сеть территории сформировалась вследствие расчлененности рельефа и высокой влажности склонов, наветренных по отношению к господствующему направлению влагопереноса. По этим же причинам данная область Южного Прибайкалья характеризуется наиболее высоким стоком рек, средняя годовая величина которого на отдельных высокогорных бассейнах достигает 20-25 л/сек с км2 (Гидрология юга..., 1966; Афанасьев, 1976). Несмотря на сравнительно небольшую площадь, реки юго-восточного побережья Байкала отличаются значительным разнообразием условий формирования стока. Средний сток даже соседних речных бассейнов часто резко различается, причиной чего
Оборудование для анализа и методики определения компонентов
Химические анализы выполнялись в лаборатории гидрохимии и химии атмосферы Лимнологического института СО РАН методиками, принятыми в практике анализа атмосферных осадков (Методические указания..., 1980), методиками, разработанными в Лимнологическом институте и аттестованными (Барам и др., 1998), а также общепринятыми в гидрохимии пресных вод суши (Алекин и др., 1973; Руководство..., 1977; Фомин, 2000).
Для колориметрических определений ионов аммония и нитритов использовался спектрофотометр PU8700 series uv/Visible фирмы PHILIPS и фотоколориметр КФК-2. Микроколоночный жидкостной хроматограф "Милихром А-02" (ЭкоНова, Новосибирск, Россия) с колонкой 2x75 мм Nucleosil 100-5 CIS использовался для определения сульфатов, хлоридов, гидрокарбонатов и нитратов. Определение катионов металлов осуществлялось на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-30 (Karl Zeis Yena, Германия). Электропроводность измерялась на кондуктометре DS-12 фирмы Horiba, Япония. В диапазоне от 1 до 100 мкСм/см точность измерения составляет 0,05%. Величину рН с точностью 0,02 ед. измеряли с помощью рН-метра F-21 с комбинированным электродом 63 66-ЮС той же фирмы.
Ион аммония определялся фотоколориметрически (к=440 нм) с реактивом Несслера. Предел обнаружения - 0,05 мг NH/Ai, относительное стандартное отклонение в диапазоне концентраций 0,30-2,00 мг ЫН /л - 2%. Нитритный азот определялся с реактивом Грисса (А=540 нм). Предел обнаружения - 0,007 мг/л, точность метода - 2% (Методические указания по определению химического состава осадков, 1980).
Для определения сульфатов, хлоридов, нитратов и гидрокарбонатов использовался метод микроколоночной высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ - детекцией. Предел обнаружения - 0,05 мг/л, точность метода не превышает 5-7% (Барам и др., 1998).
Содержание Са и Mg измеряли в атомно-абсорбционном режиме, с воздушно-ацетиленовым пламенем (Са2+- А,=422,7 нм, Mg2+ - X =285,2 нм), коррекция фона осуществлялась с помощью дейтериевой лампы. При определении Na+ и К+ использовали эмиссионный режим, пламя ацетилен-воздух (Na+ - А=589,0 нм, К+ - А-=766,9 нм). Воспроизводимость определения катионов равна 4 - 6%. Предел обнаружения для Na+, К+, Са2+ - 0,1 мг/л, дляMg - 0,01 мг/л. Для устранения действия мешающих факторов при определении ионов кальция и магния использовали добавки хлорида лантана,при определении ионов натрия и калия - хлорида цезия (Методические указания по определению химического состава осадков, 1980; Фомин, 2000).
Все измеренные значения контролировались путем расчета ошибки ионного баланса (Ri) и ошибки сравнения рассчитанной и измеренной электропроводности (R2) (Technical Documents for Wet Deposition Monitoring in East Asia, 2000).
Общая анионная (А) эквивалентная концентрация мкг-экв/л рассчитывается путем суммирования концентраций всех анионов (С: мкмоль/л):
Общая катионная (К) эквивалентная концентрация мкг-экв/л рассчитывается путем суммирования концентрации всех катионов (С: мкмоль/л):
Если концентрации ионов выражены в мг/л, то они переводятся в эквивалентные концентрации следующим образом: мкг-экв/л = мг/л-1000/экв. вес. Тогда сумма анионов и катионов рассчитывается по формуле:
Правильность выполняемых анализов контролировалась также участием в двух международных программах по межлабораторным экспериментам оценки сходимости результатов анализа искусственных «кислых дождей» и пресных поверхностных вод (1999-2003). Программы международного тестирования проводятся под эгидой ВМО (Всемирная Метеорологическая Организация) и ЕАНЕТ (Восточно-Азиатская сеть станций мониторинга кислотных выпадений). Результаты тестирования представлены на рис. 2.2. Как видно, наименьшие отклонения найденных значений от истинных выявлены при определении величины рН, концентрации NH/, СГ , N03 . Удовлетворительная сходимость результатов отмечена и при определении концентраций ионов SO42" и Mg2+. В целом, отклонения измеренных величин концентраций в искусственных образцах «кислых дождей» и пресных вод от их истинных величин не превышают допустимых значений. Большие расхождения проявляются в образцах, где концентрация определяемого компонента близка к пределу его обнаружения. По результатам международного тестирования методы анализа исследуемых объектов, применяемые в лаборатории гидрохимии и химии атмосферы, признаны приемлемыми, полученные результаты достоверными и качество проводимых в лаборатории анализов удовлетворяющим необходимым требованиям (Ходжер и др., 2004).
Кислотным выпадением или осаждением называется любой процесс переноса вещества из атмосферы на подстилающую поверхность, приводящий к появлению на ней свободных ионов водорода (Кислотные дожди, 1989; Кислотные выпадения, 1990).
Термин «кислотный дождь» ввел в практику Р. Смит в 1872 г. В 1911 г. сообщалось о выпадении дождей с явно кислой реакцией в Великобритании. В 1914 г. П. Коссович впервые в России провел анализ химического состава осадков, отобранных в разных районах, и выявил значимость антропогенных выбросов соединений серы. Впервые величина рН дождевой воды была измерена в 1939 г. в США. Вычисленные по ионному составу значения рН осадков в первой половине 20 века в Северной Америке и Европе, варьировали около 5,5, но не опускались ниже 5. Глобальные антропогенные эмиссии NO, SO2, NH3 превысили эмиссии от природных источников в середине 20 века. Первоначально это произошло в Северной Америке, Западной Европе и в районе Донбасса (Кислотные дожди, 1989; Husar, 1991; Galloway, 2001). К середине 1950-х гг. определился очаг явного закислення осадков в северо-восточной части США. Над обширной площадью осадки приобрели кислотный характер со значением рН 5,0. С 1960 - 1965 гг. площади распространения кислых дождей стали резко возрастать, охватив почти всю Европу. Расширению зоны закислення осадков способствовало как общее развитие промышленности, так и строительство высоких дымовых труб. Использование электрофильтров, удаляющих щелочные аэрозольные частицы, и выброс дымовых газов на больших высотах привели к увеличению продолжительности существования кислотообразующих веществ в атмосфере и рассеянию их на большие расстояния. Особо острая ситуация с закислением осадков сложилась в Скандинавских странах. На территориях Германии, Бельгии, Нидерландов в это время значения величины
Пространственная и временная динамика минерализации атмосферных осадков
Исследования в режиме непрерывного мониторинга показали наличие существенных различий в минерализации атмосферных осадков, выпадающих на разных по физико-географическому положению и степени антропогенной нагрузки станциях наблюдений Байкальского региона. Осредненные за весь период исследований данные показывают, что осадки на ст. Иркутск значительно более минерализованы по сравнению с таковыми на станциях Листвянка и Монды (рис. 3.1) (Нецветаева и др., 2000; Нецветаева и др., 2002). Прежде всего, это связано с большой антропогенной нагрузкой, которой подвергается г. Иркутск, индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) в 2002 г. здесь составил 16,35. Иркутск постоянно входит в Приоритетныйсписок городов России с наибольшим уровнем загрязнения 2002 г. занимал третье место в Иркутской области по количеству выбросов в атмосферу после гг. Ангарск и Братск (Государственный Доклад, 2004). Среднегодовые значения суммы ионов в осадках Иркутска колебались в пределах 16,2-20,3 мг/л. Это близко к аналогичным величинам, полученным для атмосферных осадков Севера, Северо-Запада и Юга Европейской территории России (ЕТР), а также Забайкалья и Дальнего Востока и в 2-3 раза ниже, чем для осадков Поволжья, Урала и Центра ЕТР (Обзор загрязнения..., 2001).
Атмосферные осадки на ст. Листвянка менее минерализованы. За время наблюдений среднегодовые суммы ионов изменялись от 4,6 до 6,7 мг/л, что в 3 раза ниже, чем на ст. Иркутск. Это сравнимо с величинами, полученными на фоновых станциях Росгидромета: Приокско-Террасный БЗ, Кавказский БЗ - ЕТР, Туруханск и Жиганск (север и центр Сибири), но в 2-3 раза ниже, чем в Баргузинском заповеднике (БЗ) и ст. Хамар-Дабан - станциях, расположенных в Байкальском регионе (Обзор загрязнения..., 2001). Низкая минерализация осадков обусловлена, прежде всего, удаленностью станции отпромышленных объектов Прибайкалья более чем на 70 км и отсутствием в п. Листвянка крупных источников загрязнения воздуха. Однако, как показали исследования, в результате преобладания северо-западных ветров (табл. 3.1) некоторая часть атмосферных загрязнений региона через долину р. Ангары поступает на акваторию южной части оз. Байкал (Резников, 1995; Сорокина, 1995).
По сравнению с г. Иркутском рассеяние примесей на побережье озера значительно эффективнее за счет больших скоростей ветров, особенно в осенне-зимний период. Среднегодовые величины скорости ветра на ст. Исток Ангары в 2 раза выше, чем в г. Иркутске, а в осенне-зимний период эта разница увеличивается еще больше (табл. 3.2).
Таким образом, совокупность таких факторов как расположение на пути преобладающего переноса воздушных масс в регионе, с одной стороны, удаленность от крупных источников антропогенного загрязнения и лучшие по сравнению с Иркутском метеорологические условия для рассеивания примесей, с другой стороны, определяют особенности формирования химического состава атмосферных осадков на ст. Листвянка и более низкие величины их минерализации.
Осадки, выпадающие на ст. Монды, имеют самую низкую минерализацию - 3,6-5,2 мг/л. Это в среднем 4,2 и 1,3 раза ниже, чем в Иркутске и Листвянке, соответственно, и близко к величинам, полученным на фоновой ст. Жиганск (Обзор загрязнения..., 2001). Низкие величины суммы ионов в осадках, прежде всего, связаны с большой удаленностью станции от крупных источников воздушного загрязнения Прибайкалья. Кроме того, этому способствует расположение станции высоко в горах и, как следствие, малое содержание аэрозольного вещества в атмосфере. 3.4.2 Внутригодовые изменения суммы ионов в атмосферных осадках
Как показали исследования, не только географическое положение пунктов отбора проб, но также сезонные и гидрометеорологические аспекты влияют на динамику суммы ионов в осадках. Усредненные за отдельные периоды наблюдений данные (месяц, сезон) показывают, что максимальные значения суммы ионов характерны для атмосферных осадков зимне-весеннего периодов (рис. 3.2).
Рис. 3.3. Внутригодовая динамика суммы ионов в атмосферных осадках на станциях мониторинга Байкальского региона, мг/л
Более высокие величины суммы ионов зимой и весной обусловлены наименьшим количеством выпадающих осадков в эти периоды. На станциях Иркутск и Листвянка в зимне-весенний период выпадает в 3 раза меньше осадков, на ст. Монды эта разница увеличивается почти до 8 раз (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Внутригодовая динамика количества осадков на станциях мониторинга Байкальского региона, мм (1999-2002 гг.)
Обнажение почвы в результате интенсивного таяния снега весной, увеличение скорости ветра, а также лесные пожары, характерные для этого периода в Прибайкалье, способствуют поступлению в атмосферу большого количества аэрозольных частиц. Это приводит к увеличению минерализации осадков в весенний период на всех станциях мониторинга (рис. 3.3).
В зимний период увеличение суммарного содержания ионов в осадках ст. Иркутск обусловлено в основном выбросами предприятий теплоэнергетики и автотранспорта. Они составляют 52% от выбросов стационарных источников и 40% от общих городских выбросов соответственно (Государственный Доклад, 2004). Метеорологические условия в холодный период года в Иркутске неблагоприятны для рассеивания примесей. Зимой в результате высокой повторяемости слабых ветров (70%), приземных температурных инверсий (80%») и периодов застоя воздуха (44%) происходит накопление загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы (Резников, 1995). Высока в этот период и повторяемость туманов, образующихся из-за больших контрастов температур между водой незамерзающей р. Ангары и воздухом. В среднем в Иркутске отмечается 98 дней с туманами в году, что значительно выше, чем на побережье оз. Байкал. На ст. Исток Ангары наибольшее число суток с туманами составляло всего 51 (Климат Иркутска, 1981; Иркутское водохранилище, 1980; Экологическиепроблемы..., 1998). Таким образом, наличие мощных источников антропогенного загрязнения воздуха наряду с неблагоприятными метеорологическими условиями для рассеивания техногенных примесей приводит к значительному повышению минерализации снеговых вод на ст. Иркутск.
На ст. Монды повышенная минерализации атмосферных осадков в зимний период обусловлена естественными причинами. Прежде всего, это малое количество выпадающего снега (не более 12 мм). Для сравнения, в Иркутске за 4 года исследований отобрано около 180 проб снега, на ст. Монды - только 40. Повышению суммы ионов в осадках зимнего периода на
Химический состав снеговых вод в районах локального и регионального переноса загрязняющих веществ
На формирование химического состава снежного покрова по трассе Иркутск - Слюдянка оказывают влияние крупные источники загрязнения атмосферы, расположенные в гг. Иркутск, Шелехов, Слюдянка и п. Култук, а также автотранспорт. Суммы ионов в пробах, отобранных вблизи г. Шелехов, изменялись в пределах 18-37 мг/л, в районе г. Слюдянка - 16-24 мг/л. По мере удаления от источников загрязнения (на 35-90 км от г. Иркутска) они уменьшились до 2,7-7,1 мг/л. Химический состав снеговых вод по трассе Иркутск-Слюдянка представлен в табл. 4.4.
Основными загрязнителями воздуха в г. Шелехов являются ИТЭЦ-5 и ОАО «ИркАЗ-СУАЛ». На их долю приходится 18 и 66% от суммарных выбросов стационарных источников по городу. Валовые выбросы в атмосферу от стационарных источников в 2002 г. составили 27,2 тыс. т загрязняющих веществ (Государственный Доклад, 2004). Особенностью химического состава снеговых вод в районе г. Шелехов является повышенное содержание иона натрия (от 4,9 до 12,5 мг/л) - одного из трассеров воздушного загрязнения при производстве алюминия. Постоянная нехватка анионов при расчете баланса анионов и катионов в течение всех снегосъемок в данном районе указывает на присутствие дополнительного аниона, которым является фторид - второй трассер выбросов «ИркАЗ - СУАЛ». В 1999 г.содержание в воздухе фтористого водорода составило 1,8 ПДК, твердых фторидов - до 3,3 ПДК (Государственный Доклад, 2000). По данным Института Географии, в 1996 г. максимальное содержание фтора в растворимой фракции снега составило 55 мг/л, что в 208 раз превышает фоновое содержание этого компонента (Белозерцева, 1999).
По мере удаления от города соотношение анионов в большинстве проб остается прежним, а катионов меняется за счет значительного уменьшения (в 20-40 раз) содержания натрия: Са2+ Mg2+ NHL 4 Na+ К+.
Величина рН снеговой воды по направлению Иркутск-Слюдянка колеблется в пределах 4,95-7,11, при среднем значении 6,04. Наиболее высокие величины рН отмечены в снеговой воде на выезде из г. Шелехов (21 км), в районе ст. Ангасолка (77 км) и на 106 км этой трассы. Следует отметить, что в снеговых водах этих районов отмечены и повышенные концентрации гидрокарбонат-иона, обусловленные влиянием локальных источников (табл. 4.4). Наибольшая кислотность снеговой воды (4,95-5,06)определена в окрестности ст. Подкаменной и в нескольких километрах от п. Култук.
По направлению Иркутск-Баяндай величины суммы ионов в снеговых водах невысоки (5,1-13,3 мг/л), что обусловлено отсутствием крупных локальных источников загрязнения воздуха вдоль трассы. Наиболее высокие концентрации всех компонентов отмечены в радиусе 35 км от г. Иркутска, наиболее низкие - в 111 и 127 км от г. Иркутска (табл. 4.5).
Следует отметить несколько повышенную по сравнению с направлением Иркутск - Слюдянка долю азотсодержащих ионов в снеговых водах, что объясняется наличием животноводческих ферм и применением на полях этого сельскохозяйственного района азотных удобрений. Снеговые воды относятся к сульфатному классу группе кальция. Основное распределение ионов в снеговой воде следующее:
Среднее за два года наблюдений значение рН составляет 5,8, изменяясь от 5,20 до 6,43.Тункинская долина, по которой пролегает маршрут Култук-Монды, является продолжением байкальской впадины. Она протянулась на 200 км, постепенно снижаясь от 1200 до 550 м над уровнем моря и расширяясь от 20до 30 км. С севера долина ограничена высокими Тункинскими гольцами, с юга - менее крутыми склонами Хамар-Дабана. В Тункинской долине проживает около 29 тыс. человек. Вдоль долины от оз. Байкал до государственной границы с Монголией проложена транзитная автомобильная дорога (Голобокова и др., 2004). Горное обрамление долины делает ее практически недосягаемой для выбросов промышленных предприятий Прибайкалья. Крупных источников загрязнения воздуха по трассе, не считая больших поселков с печным отоплением, нет. Поток автотранспорта в зимнее время довольно ограничен.
По направлению Култук-Монды средняя величина суммы ионов в снеговой воде составила 11,5 мг/л, изменяясь от 2,8 до 30,6 мг/л. Наибольшие величины характерны для снежных колонок, отобранных в 30-40 км от п. Култук и в п. Монды. Низкое суммарное содержание ионов определено на расстоянии 100-170 км от Култука. Химический состав снеговых вод по направлению Култук-Монды представлен в табл. 4.6.
Снеговые воды этого района относятся к гидрокарбонатному классу группе кальция. Распределение ионов выглядит следующим образом: НСОз" S042" NO/ СГ,
Доминирование ионов НСОз" и Са2+ в снеговых водах Тункинской долины обусловлено не антропогенным загрязнением снежного покрова как в г. Слюдянка, а присутствием их в составе подстилающих карбонатных пород этого района (мраморов, доломитов, известняков) (Мартынов, 1965, Мац, 2001), а также малым количеством снега. Наблюдается высокая корреляция ионов НСОз" с Са2+ и Mg2+ (г=0,87-0,97) и ионов S042" с Са2+, Mg2+, Na+ (r 0,70).
Величина рН снеговой воды по этому маршруту варьировала от 5,68 до 8,60, при среднем значении 6,80, которое является самым высоким для удаленных от прямого антропогенного влияния районов.
По направлению Иркутск-Листвянка величина суммы ионов в снеговых водах за три года исследований варьировала от 4,4 до 33,6 мг/л, составляя в среднем 8,9 мг/л. Наибольшее значение определено в снежном покрове, отобранном на выезде из г. Иркутска, в микрорайоне Солнечный (табл. 4.7).
