Фоновые потоки аэрального вещества юга Дальнего Востока России как региональная основа оценки загрязнения атмосферы Кондратьев, Игорь Иванович

Введение к работе

Актуальность темы. Аэральное вещество, несмотря на его, относительно небольшую массу, по сравнению с другими средами планеты Земля, играет значительную роль в процессах, происходящих в ее атмосфере и на ее поверхности. Основными источниками аэрального вещества естественного происхождения являются поверхности морей, океанов и аридные зоны континентов. Воздушными потоками аэральное вещество переноситься на тысячи километров и, выпадая на поверхность земли, принимет участие в формировании участков суши и дна морей и океанов. Интенсивность потока аэрального вещества на поверхность земли не одинакова в различных ее точках. Так, если считать аэрозолем все частицы поднимаемые ветром в воздух, то максимальные по мощности вертикальные и горизонтальные потоки будут наблюдаться в пустынях и на их окраинах. Эпизодически мощные потоки возникают и при извержениях вулканов. Минимальные по мощности потоки аэрального вещества наблюдаются в Антарктиде, где отмечаются самые низкие уровни концентраций аэрозоля в атмосфере планеты.

Выпадая на поверхность земли, аэральное вещество включается в состав почвенного субстрата и в той, или иной мере оказывает влияние на его структуру, микро- и макроэлементный состав.

Переносимые воздушными потоками вещества антропогенного происхождения, оказывают негативное воздействие на окружающую среду, нарушают установившийся баланс круговорота веществ в природе. Так, выбросы двуокиси серы и окислов азота приводят к закисленню почв и водоемов даже в районах, удаленных от источников эмиссии. Загрязнение атмосферы тяжелыми металлами создает угрозу для здоровья людей.

Основными факторами, определяющими интенсивность потока аэрального вещества в той или иной точке земной поверхности, являются ее

удаленность от места генерации аэрозоля, времени его жизни в атмосфере и преобладающих направлений движения воздушных масс.

Юг Дальнего Востока России находится в широтном поясе северной окраины аридных зон Азиатского континента. Расстояние до границ центрально-азиатских пустынь составляет порядка 2000 км. Известно также, что в сороковых широтах, в средней и верхней тропосфере, преобладает западный перенос воздушных масс. Кроме того, известно о выпадении пыли азиатских пустынь на Японских и Гавайских островах. Таким образом, кажется естественным предположение о том, что Приморский край находится на пути транзита мощных потоков аэрапьного вещества из Центральной Азии в сторону Тихого океана.

Установить действительные параметры потоков аврального вещества позволяют только исследования в фоновых районах, т. е. в местах удаленных от локальных источников эмиссии (поселков, дорог и промышленных центров). Данные о фоновом состояния окружающей среды являются объективной информацией для оценки степени антропогенного * воздействия в анторопогенных зонах региона.

Основная масса исследований на территории Приморского края, в той или иной мере, затрагивающих проблемы переноса аэрального вещества в регионе, проводилась, в основном, в антропогенных зонах или вблизи с ними, что оправдано повышенным интересом к техногенному воздействию на население и окружающую среду. Ценную информацию могли бы дать данные фоновых станций, но они были ориентированы на мониторинг приоритетных загрязняющих веществ. Из химических элементов это Cd, Pb, Hg. Но эти элементы составляют менее 0,1 % общей суммы концентрации макро- и микроэлементов в атмосфере фоновых районов. К тому же, их присутствие в атмосфере в значительной мере определяется антропогенными факторами.

Настоящая диссертация является обобщением исследований, проведенных автором в фоновых районах Приморского края (средний и южный Сихотэ-Алинь), буферной зоне Сихотэ-Алинского биосферного заповедника (САБЗ) и крупном промышленном центре строительной индустрии (г.Спасске-Дальнем).

Цель работы. Исследования микро- и макроэлементного состава потоков аэральпого вещества в фоновом и урбанизированном районах Приморского края, выявление закономерностей их пространственной и временной изменчивости под влиянием климатических факторов.

На защиту выносятся, установленные в процессе исследований закономерности временной и пространственной изменчивости макро- и микроэлементного состава фонового аэральпого потока, основные параметры потока атмосферных выпадений в зимний период в фоновом районе Приморского края.

Научная новизна. В результате исследований, - проведенных в фоновом районе Приморского края, буферной зоне Сихотэ-Алинского биосферного заповедника (п.Терней) и промышленном центре (г. Спасск-Дальний):

1. установлена сезонная изменчивость концентраций макроэлементов (A!, Si, К, Са, Ті, Mn, Fe) и «пыли» в атмосфере САБЗ и буферной зоны;

2. показано, с помощью методов статистического анализа, что сезонная изменчивость концентраций аэрозоля в САБЗ и буферной зоне обусловлена метеофакторами;

3. установлено различие состава фоновых атмосферных выпадений на восточном и западном склонах Сихотэ-Алиня в зимние периоды;

4. установлена временная изменчивость состава фоновых атмосферных выпадений в зимние периоды, обусловленная усилением

г,

влияния континентальных воздушных масс на район среднего Сихотэ-Алиня во второй половине 80-х. гг.;

5. уточнены величины фоновых концентраций и плотностей выпадений взвешенного вещества, основных ионов и микроэлементов в зимний период в Сихотэ-Алинском биосферном регионе;

6. установлено, что фоновые плотности выпадений взвешенного вещества в САБР имеют уровни, характерные для умеренных широт земного шара, что объясняется особенностями атмосферной циркуляции в регионе, которая не благоприятствует систематическому поступлению аэрального вещества непосредственно из аридных зон континента;

7. найдены скорости выведения отдельных элементов для атмосферы фонового и урбанизированного районов Приморья;

8. показано, что в зимний период скорости выведения в фоновом и урбанизированном (Спасск-Дальний) районах имеют один порядок величин и не зависят от степени антропогенной нагрузки на атмосферу;

9. разработан авторский вариант методики рентгеноспектрального анализа проб аэрозоля, которая была использована при исследованиях макроэлементного состава атмосферной взвеси.

Методы исследований. На этапе сбора информации исследовался, по возможности, единый ряд элементов в атмосфере и выпадениях. Для их определения применялись методы химического, атомно-абсорбционного и рентгено-спектрального анализов. При обработке данных был использован статистический анализ (в т. ч. и факторный). Анализ направления движения воздушных масс проводился путем построения обратных траекторий по картам барической топографии AT- 850. При разработке алгоритма программы калибровки спектрометра использован метод математических статистик Чебышева.

Практическая ценность. Данные о составе и фоновых концентрациях аэрального вещества в атмосфере и выпадениях являются базовыми

параметрами, которые могут использоваться для объективной оценки степени антропогенной нагрузки на атмосферу в урбанизированных районах региона. Установленные закономерности пространственной и временной изменчивости потоков аэрального вещества и полученные данные являются исходными параметрами при исследованиях влияния трансграничного переноса загрязняющих веществ на территорию Приморья.

Комплексный подход, реализованный при исследованиях, показал свою эффективность, как в фоновом, так и урбанизированном районах и может использоваться при проведении аналогичных работ.

Полученные данные использовались при составлении ежегодника «Бюллетень фонового загрязнения окружающей природной среды в регионе Восточно-европейских стран - членов СЭВ».

Работа выполнена в рамках темы ГКНТ 0.85.04 «Контроль природной среды».

Фундаментальное значение. Установленные закономерности пространственной и временной изменчивости потоков аэрального вещества и его абсолютные величины являются шагом в решении проблемы о масштабах влияния аэрального переноса из Центральной Азии на территорию Приморья и основных направлениях его перемещения в Япономорском бассейне.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на совещаниях и конференциях, в том числе:

1. Третьем Всесоюзном совещании «Ядерно-физические методы анализа в контроле окружающей среды» (Томск, 1985).

2. На Всесоюзной конференции по трансформации и дальнему переносу газовых и аэрозольных примесей в атмосфере и созданию моделей загрязненности» (Вильнюс, 1986).

3. Симпозиуме специалистов стран - членов СЭВ "Комплексные методы контроля качества природной среды" (Москва, 1986).

4. II Всесоюзном совещание по рентгеноспектральному анализу (Иркутск, 1989).

5. Научно-практической конференции «Экологические проблемы Дальнегорского района и пути их решения» (Дальнегорск, 1989).

6. XI CANAS конференции по аналитической и атомной спектроскопии (с международным участием) (Москва, 1990).

7. Десятом научном совещание географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 1999).

8. Первом международном семинаре по проблемам атмосферных выпадений в Япономорском регионе (Владивосток, 1999).

Материалы диссертации рассматривались также на секции Ученого Совета Тихоокеанского института географии ДВО РАН.

Публикации: Основное содержание диссертации опубликовано в 15 работах, в том числе двух коллективных монографиях.

Объем работы и структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав и заключения (общий объем 163 страницы; 23 рисунка; 28 таблиц; 4 приложения). Список литературы включает 138 наименований.