CC BY
32
УДК 504.3.054
В. А. Горелов, И. Л. Ревуцкая
СОДЕРЖАНИЕ МАКРОКОМПОНЕНТОВ В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ Г. БИРОБИДЖАНА
В работе приводятся результаты химического анализа проб снега, отобранных в городе Биробиджан в зимние периоды 2016—2017 гг. и 2017—2018 гг. Определено содержание макрокомпонентов в пробах снега.
Ключевые слова: атмосферный воздух, снежный покров, химический анализ снежного покрова, город Биробиджан.
На территории России многие регионы сталкиваются с рядом серьёзных проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. На относительно небольшой территории города Биробиджана сосредоточено множество источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, таких как ТЭЦ, мелкие и средние отопительные котельные, автотранспорт. Основная часть выбросов в атмосферный воздух города от стационарных источников приходится на ОАО «ДГК» СП «Биробиджанская ТЭЦ», ОАО «Биробиджанский завод силовых трансформаторов», а также на предприятия жилищно-коммунального хозяйства [3].
Город Биробиджан нельзя строго разделить на зоны по видам использования территории: промышленная и селитебная зоны сомкнулись между собой. Регулярного наблюдения за состоянием окружающей среды в разных районах города нет. Город был построен без учёта розы ветров (в течение года преобладают западные, юго-западные, северозападные и северные ветра, мало дует восточных, южных и юго-восточных ветров), атмосфера города имеет низкую способность к самоочищению, что приводит к накоплению загрязняющих химических веществ в некоторых его районах. Наиболее неблагоприятные условия складываются в восточном, юго-восточном и северо-восточном районах города, особенно на участках, примыкающих к железной дороге [7; 8; 11].
В зимний период для территорий, которые характеризуются наличием устойчивого снежного покрова, в качестве интегрального пока-
Горелов Василий Александрович — магистрант (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); e-mail: gorelov_13@mail.ru
Ревуцкая Ирина Леонидовна — кандидат биологических наук, доцент, заведующая кафедрой географии, экологии и природоохранного права (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); email: irina.etx@mail.ru.
© Горелов В. А., Ревуцкая И. Л., 2018
16
зателя загрязнённости атмосферы можно использовать снег [8]. Исследование снежного покрова проводится для получения данных о поступлении загрязняющих веществ из атмосферы на подстилающую поверхность.
Загрязнение снежного покрова происходит в два этапа. Во-первых, это загрязнение снежинок во время их образования. В холодных слоях тропосферы при кристаллизации влаги на частицах аэрозолей, которые являются ядрами кристаллизации, образуются снежинки. Основным источником ядер кристаллизации являются частицы почв и минеральной пыли, частицы техногенного происхождения, пыльца и споры растений. Таким образом, выпадение снега оказывает большое влияние на концентрацию примесей, приводя к удалению аэрозолей из атмосферы и осаждению их в снежном покрове. Во-вторых, происходит загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадения загрязняющих веществ из атмосферы, а также их поступления из подстилающих почв и горных пород.
Концентрация примесей в снегу отражает их концентрацию в атмосфере и указывает на источник и механизм образования аэрозолей вблизи места отбора проб. Поскольку снежинки и снежные хлопья падают медленнее и, выпадая, покрывают большую площадь по сравнению с дождевыми каплями той же массы, они дольше находятся под влиянием примесей и потому являются лучшими индикаторами их наличия в атмосфере [6; 9].
В связи с этим цель работы — проанализировать содержание макрокомпонентов в снежном покрове на территории г. Биробиджана.
Данное исследование является частью работ, посвящённых физико-химическому анализу атмосферных взвесей г. Биробиджана и заповедника «Бастак», начатых в 2011 г. [1; 2].
Отбор проб снега проводили в зимний период 2016 — 2017 гг. и 2017—2018 гг. За две зимы отобрано 25 проб и проведено 175 лабораторных исследований.
При исследовании химического состава талой воды использовали методики, применяемые при анализе природных вод [4]. Химический анализ талой воды осуществляли по стандартным методикам в соответствии с руководящими документами. В исследовании применяли следующие методы: прямой потенциометрии при измерении рН; титри-метрии — для определения содержания хлоридов и общей жёсткости; колориметрии — для определения содержания нитратов, сульфатов, нитритов, ионов аммония и железа общего. Потенциометрические измерения проводили с помощью рН-метра рН-150М с применением рабочего индикаторного электрода. Колориметрические измерения осуществляли с помощью спектрофотометра ПЭ-5400ВИ. Все используемые для анализа реактивы имели квалификацию не ниже «хч». Все химические анализы талой воды выполнены на базе химической лаборатории ФГБОУ ВО «ПГУ им. Шолом-Алейхема».
17
Точки отбора проб снега на территории Биробиджана показаны на рисунке.
Рис. Картосхема мест отбора проб снега на территории г. Биробиджана
(станции отбора проб расшифрованы в тексте ниже) [2]
Станция 1 (Г1) расположена недалеко от железнодорожного переезда через Транссибирскую железнодорожную магистраль на посёлок Лу-каши (позволяет учитывать влияние выбросов железной дороги на жилую застройку). Станция 2 (Г2) находится в районе кольцевой автомобильной дороги с интенсивным потоком транспортных средств, остановка «Радуга» (позволяет учитывать влияние выбросов автомобильного транспорта на жилую застройку). Станция 3 (Г3) размещена в санитар-но-защитной зоне Биробиджанской ТЭЦ, размером 500 м, около детского дошкольного учреждения № 44, которое удалено от электростанции на 450 м (позволяет учитывать влияние организованных выбросов ТЭЦ на жилую застройку). Станция 4 (Г4) — переулок Ремонтный, д. 5, также находится в пределах санитарно-защитной зоны Биробиджанской ТЭЦ, но, в отличие от ст. 3, она учитывает влияние неорганизованных выбросов теплоэлектроцентрали на жилые районы города и удалена от главной трубы ТЭЦ на 500 м. Станция 5 (Г5) является «контрольной точкой», расположена в лесной зоне в районе психиатрической больницы, на удалении от городской застройки и частного сектора [2].
18
Результаты определения содержания макрокомпонентов в снежном покрове на территории г. Биробиджана за два зимних периода представлены в таблице.
Таблица
Содержание макрокомпонентов в снежном покрове г. Биробиджана
Дата отбора проб Точки отбора проб Концентрация мг/дм3 рН
SO42- Cl- NO3- NO2- NH4+
12.11.2016 Г1 н/ о 0,5 н/ о н/ о н/ о н/ о 7,23
Г2 н/ о 0,5 0,1 0,1 н/ о 0,1 7,20
Г3 н/ о 0,5 0,1 н/ о н/ о н/ о 7,22
Г4 н/ о 1 0,1 н/ о н/ о 0,1 7,15
Г5 н/ о 0,5 0,1 0,3 н/ о 0,2 7,10
16.02.2017 Г1 н/ о 0,5 0,1 н/ о н/ о 0,1 6,05
Г2 н/ о 0,5 н/ о н/ о н/ о н/ о 6,02
Г3 н/ о 1 0,1 0,1 н/ о 0,1 6,01
Г4 н/ о 1 н/ о н/ о н/ о н/ о 5,99
Г5 н/ о 1 н/ о н/ о н/ о н/ о 6,02
14.11.2017 Г1 н/ о 0,5 н/ о н/ о 0,1 н/ о 6,9
Г2 н/ о 3,5 н/ о 3,6 0,3 0,3 7,16
Г3 н/ о 1 н/ о 0,1 0,1 н/ о 7,05
Г4 н/ о 1 н/ о н/ о 0,1 0,1 6,99
Г5 0,1 1 н/ о н/ о 0,1 н/ о 6,93
20.01.2018 Г1 н/ о 0,5 0,1 0,1 н/ о 1,0 6,67
Г2 н/ о 0,5 0,2 0,1 н/ о 0,2 6,40
Г3 н/ о 1 0,1 0,4 0,1 0,8 7,30
Г4 н/ о 0,5 0,2 0,1 н/ о 0,2 5,64
Г5 н/ о 0,5 0,2 0,1 н/ о 0,1 6,00
01.03.2018 Г1 н/ о 0,5 0,1 0,1 0,1 0,2 4,47
Г2 н/ о 0,5 0,1 0,1 0,1 0,2 5,22
Г3 н/ о 0,5 0,1 0,6 0,1 0,2 4,95
Г4 н/ о 0,5 н/ о 0,1 н/ о н/ о 4,90
Г5 н/ о 0,5 н/ о 0,1 н/ о 0,1 4,50
Примечание: н/о — ниже предела обнаружения
Химический анализ проб снега показал, что только в одной пробе был обнаружен сульфат-ион, это точка Г5, и концентрация составила 0,1 мг/дм3. Все остальные пробы оказались ниже предела обнаружения данным методом. Сульфаты являются конечными продуктами трансформации диоксида серы в атмосфере. Время от появления в атмосфере диоксида серы до образования сульфатов составляет 4— 5 суток.
Измеренные за два зимних периода значения рН снежного покрова в городе находятся в интервале от 4,47 (Г1, март 2018 г.) до 7,3 (Г3, январь 2018 г.). На каждой точке отбора рН атмосферных осадков изменялся в следующих пределах: Г1 — от 7,23 до 4,47; Г2 — от 7,2 до 5,22; Г3 — от 7,3 до 4,95; Г4 — от 7,15 до 4,90; Г5 — от 7,1 до 4,50. Величина концентрации ионов водорода в атмосферных осадках обычно колеблется в пределах 4,6 — 6,1.
19
Хлориды наблюдались в пределах от 0,5 до 1 мг/дм3 и найдены во всех пробах. Однако в пробе Г2 содержание хлоридов составило
3.5 мг/ дм3, что выше в сравнении с другими точками отбора.
Присутствующие в снежном покрове нитрат-ионы образуются при окислении оксидов азота и аммиака до азотной кислоты, которая затем нейтрализуется компонентами тропосферы с основными свойствами. Большее количество азотной кислоты выводится из тропосферы с атмосферными осадками в виде растворов НNO3 и её солей. Среди нитратов, присутствующих в атмосфере, основное количество составляет нитрат аммония, который образуется при взаимодействии аэрозолей соответствующих кислот с аммиаком и его аэрозолями [5; 6; 10]. Содержание нитрат-ионов в снежном покрове города в течение двух зимних периодов изменялось незначительно и составило от 0,1 мг/ дм3 до 0,2 мг/ дм3.
Нитриты появляются при нитрификации аммиака, образовавшегося в воде при разложении попавших в неё органических веществ. Содержание нитрит-ионов в снежном покрове в черте города изменялось в широких пределах: от 0,1 мг/дм3 до 3,6 мг/дм3. Повышенные концентрации наблюдались в точках Г3 — 0,6 мг/дм3 в марте 2018 г. и Г2 —
3.6 мг/ дм3 в ноябре 2017 г.
Ионы аммония, содержащиеся в снеге, образуются при нейтрализации аммиака. Большая часть соединений аммония выводится из атмосферы с атмосферными осадками и в результате процессов сухого осаждения. В точке Г2 определена максимальная концентрация МШ* 0,3 мг/дм3 в ноябре
2017 г. В остальных восьми пробах концентрация составила 0,1 мг/ дм3.
Также был проведён анализ на содержание в снежном покрове ионов железа общего. На воздухе двухвалентное железо быстро окисляется до трёхвалентного, и, поскольку соединения железа могут существовать в различных формах, точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого «общего железа». Концентрация ионов железа в снежном покрове варьируется от 0,1 мг/ дм3 до 1,0 мг/ дм3.
Таким образом, проведено 175 химических анализов проб снега, взятых в городе Биробиджане в зимние периоды 2016 — 2017 гг. и 2017—
2018 гг., и установлено, что повышенные концентрации определяемых макрокомпонентов в снежном покрове наблюдались в январе и марте 2018 года, когда низкие температуры воздуха вынуждают больше потреблять топлива ресурсоснабжающими предприятиями, увеличивая объёмы выбросов в атмосферу города.
Список литературы
1. Голохваст К. С., Ревуцкая И. Л., Лонкина Е. С., Никитина А. В., Соломенник С. Ф., Романова Т. Ю. Нано- и микроразмерное загрязнение атмосферы заповедника «Бастак», вызванное техногенным влиянием города Биробиджана / / Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2016. № 61. С. 36 — 41.
20
2. Голохваст К. С., Ревуцкая И. Л., Лонкина Е. С., Никифоров П. А., Гульков А. Н., Христофорова Н. К. Гранулометрический анализ взвешенных частиц в снеге г. Биробиджана и государственного заповедника «Бастак» / / Вода: химия и экология. 2013. № 2. С. 116-123.
3. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Еврейской автономной области в 2016 году». Биробиджан: Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по ЕАО, 2017. 120 с.
4. Дмитриев М. Г., Казнина Н. И., Пинигина И. А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М.: Химия, 1989. 368 с.
5. Исидоров В. А. Экологическая химия: учеб. пособие для вузов. СПб.: Химиздат, 2001. 303 с.
6. Летенкова И. В., Литвинов В. Ф., Сморжок В. Г. Химический анализ снежного покрова Новгородской области / / Вестник Новгородского государственного университета. 2014. № 76. С. 73 — 76.
7. Макаренко В. П., Коган Р. М. Пространственная структура и экологические проблемы г. Биробиджан / / Города Дальнего Востока: материалы конференции. Владивосток — Хабаровск: ДВО РАН, 2003. С. 82 — 84.
8. Ревуцкая И. Л., Поляков В. Ю. Качество атмосферного воздуха г. Биробиджана и его влияние на здоровье населения: монография. Биробиджан: ИЦ ПГУ им. Шолом-Алейхема, 2017. 130 с.
9. Снег. Справочник I / под ред. Д. М. Грея, Д. Х. Мейла. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 751 с.
10. Тарасова Н. П., Кузнецов В. А. Химия окружающей среды: атмосфера: учеб. пособие для вузов: М.: Академкнига, 2007. 228 с.
11. Турбина Е. С. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на заболеваемость респираторными болезнями детей-дошкольников г. Биробиджана: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Владивосток, 2012. 17 с.
* * *
Gorelov Vasily A., Revutskaya Irina L.
THE CONTENT OF MACRO COMPONENTS IN THE SNOW COVER OF CITY BIROBIDZHAN
(Sholom-Aleichem Priamursky State University, Birobidzhan)
The paper presents the results of chemical analysis of snow samples, taken at the same time in
the city of Birobidzhan in the winter of 2016—2017 and 2017—2018 to determine the content of
macro components in the samples of snow.
Keywords: atmospheric air, snow cover, chemical analysis snow cover, Birobidzhan.
References
1. Golohvast K. S., Revutskaya I. L., Lonkina E. S., Nikitin A. V., Solomennik S. F., Romanova T. Yu., Nano — and micro-sized pollution of the atmosphere of the reserve «Bastak» caused by the anthropogenic influence of the city of Birobidzhan [Nano- i mikrorazmernoe zagryaznenie atmosfery zapovednika «Bastak», vyzvannoe tekhnogennym vliyaniem goroda Birobidzhana], Byulleten' fiziologii i patologii dyhaniya (Bulletin of physiology and pathology of respiration), 2016, no. 61, ppP. 36—41.
2. Golohvast K. S., Revutskaya I. L., Lonkina E. S., Nikiforov P. A., Gul'kov A. N., Hristoforova N. K. Granulometric analysis of suspended particles in the snow of
21
Birobidzhan and state reserve «Bastak» [Granulometricheskij analiz vzveshennyh chastic v snege g. Birobidzhana i gosudarstvennogo zapovednika «Bastak»], Voda: himiya i ekologiya (Water: chemistry and ecology), 2013, no. 2, pp. 116 — 123.
3. Gosudarstvennyj doklad «O sostoyanii sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiya naseleniya v Evrejskoj avtonomnoj oblasti v 2016 godu» (State report«on the state of sanitary and epidemiological welfare of the population in the Jewish Autonomous region in 2016»). Birobidzhan, 2017. 120 p.
4. Dmitriev M. G., Kaznina N. I., Pinigina I. A. Sanitarno-himicheskij analiz zagryaznyayushchih veshchestv v okruzhayushchej srede (Sanitary-chemical analysis of pollutants in the environment), Moscow, Himiya Publ., 1989. 368 p.
5. Isidorov V. A. Ekologicheskaya himiya (Ecological chemistry), St.Petersburg, Khimizdat, 2001. 303 p.
6. Latenkova I. V., Litvinov V. F., Smorzhok V. G. Chemical analysis of snow cover in Novgorod region [Himicheskij analiz snezhnogo pokrova Novgorodskoj oblasti], Vestnik Novgorodskogo gosudarstvennogo universiteta (Vestnik of Novgorod state University), 2014, no. 76, pp. 73 — 76.
7. Makarenko V. P., Kogan R. M. Dimensional structure and environmental problems of Birobidzhan city [Prostranstvennaya struktura i ekologicheskij problemy g. Birobidzhan], Goroda Dal'nego Vostoka (Cities In The Far East), Vladivostok — Habarovsk, DVO RAN Publ., 2003, pp. 82—84.
8. Revutskaya I. L., Polyakov V. Yu. Kachestvo atmosfernogo vozduha g. Birobidzhana i ego vliyanie na zdorov'e naseleniya (Air Quality in the city of Birobidzhan and its impact on human health: monograph), Birobidzhan, 2017. 130 p.
9. Sneg (Snow), Reference book I, ed. by D. M. Gray, D. H. Mehl. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1986. 751 p.
10. Tarasova N. P., Kuznetsov V. A. Himiya okruzhayushchej sredy: atmosfera (Environmental Chemistry: atmosphere), Moscow, Akademkniga Publ., 2007. 228 p.
11. Turbina E. S. Vliyanie zagryazneniya atmosfernogo vozduha na zabolevaemost' respiratornymi boleznyami detej-doshkol'nikov g. Birobidzhana (Effect of air pollution on the incidence of respiratory diseases of preschool children in Birobidzhan city), Vladivostok, 2012. 17 p.
•Jc -Jc -Jc
22
