CC BY
85
УДК 551.577.5
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 1
Е. П. Каюкова, И. К. Котова ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ДОЖДЕВЫХ ОСАДКОВ В ПРЕДЕЛАХ ВНУТРЕННЕЙ ГРЯДЫ КРЫМСКИХ ГОР
Окружающая среда в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. Загрязнение среды на планете веществами техногенной природы приобретает значительные масштабы, среди них особое место занимают аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения; прогрессирует накопление углекислого газа в атмосфере. На аэрозоли антропогенного происхождения приходится около 20 % от естественных аэрозолей [1], однако этот вклад постоянно растет (по своим химическим свойствам антропогенные аэрозоли более разнообразны).
Предлагаемая публикация посвящена изучению экологического состояния Восточной части Бахчисарайского района Крыма через изучение химического состава атмосферных осадков и является продолжением исследований гидрохимических особенностей жидких атмосферных осадков, выпадающих на изучаемой территории [2]. Цель публикации — оценить вклад антропогенного влияния в формирование химического состава осадков. В работе использованы данные, полученные в летние месяцы (июнь и июль) 2005, 2006, 2010 гг. Координаты пункта сбора осадков — 44°47'10" N, 33°59'59" E (территория базы СПбГУ, д. Трудолюбовка, alt 270 м).
Крымский учебный полигон СПбГУ располагается в пределах Второй гряды Крымских гор (около 500 м над ур. м.). Климат в изучаемом районе умеренно-континентальный со среднегодовыми температурами +11,6оС. Преобладающими являются ветры северо-восточных направлений [3].
В пределах полигона выходят на поверхность породы складчатого фундамента и платформенного чехла южной, молодой части Русской плиты. Породы фундамента представлены верхнетриасовыми и нижнеюрскими песчаниками и глинистыми сланцами флишевых комплексов в южной части площади и среднеюрскими вулканитами преимущественно основного состава в центральной ее части. Северная часть площади сложена терригенно-карбонатными комплексами мелового и палеогенового возраста, слагающими чехол.
Формирование химического состава атмосферных осадков происходит в два этапа: как в процессе образования облаков и туманов (что может происходить на значительных расстояниях от места выпадения осадков), так и в процессе вымывания подоблачных примесей непосредственно над районом исследования [4, 5]. Обычно атмосфера представляет собой коллоидно-дисперсную систему, в которой газ является растворителем, а в нем растворены (или суспензированы) мельчайшие жидкие или твердые частички в виде аэрозолей [3].
Во время образования облаков и туманов (при влажности воздуха 100%) влага конденсируется на аэрозолях (или ядрах конденсации) различных размеров; средний диаметр аэрозольных частиц составляет 10-5-10-3 см [4]. Аэрозоли переносятся ветрами,
© Е. П. Каюкова, И. К. Котова, 2012
39
поэтому состав дождевых осадков сопряжен с областью формирования ветров, и в данном регионе будет обусловлен преобладающими на период, предшествующий дождям, ветрами.
Антропогенные твердые и газообразные атмосферные примеси связаны, прежде всего, с различными видами транспорта (выхлопные газы), выбросами промышленных предприятий (тепловыми станциями, сернокислотными и металлургическими заводами и т.п.), сжиганием различных видов топлива. В качестве возможных источников антропогенного воздействия на состав дождевых осадков в рассматриваемом регионе следует выделить цементное производство, а также разработки строительных карьеров известняков. Цементное производство осуществляется ЗАО Бахчисарайский комбинат «Стройиндустрия». Комбинат является одним из крупнейших предприятий по производству строительных материалов на юге Украины и единственным предприятием, производящим цемент на Крымском полуострове.
Безусловно, химический состав дождевых осадков, помимо техногенных воздействий, формируется и под влиянием природных условий региона. Для выявления факторов, управляющих составом атмосферных осадков района Крымского учебного полигона СПбГУ, нами использован факторный анализ данных химического состава дождевых вод. Образцы проб дождевых осадков собирались в пластиковую емкость на поляне вдали от деревьев на некотором расстоянии от поверхности земли. Пробы анализировались на широкий набор компонентов.
Концентрации анионов Cl- и HCO3- анализировались объемным (титриметриче-ским) методом в условиях полевой лаборатории непосредственно после выпадения атмосферных осадков; SO42- определяли частично весовым способом на базе лаборатории кафедры гидрогеологии СПбГУ, частично расчетным. Содержания основных катионов (Na+, K+, Ca2+ и Mg2+) и микрокомпонентов в атмосферных осадках измерялись (после консервации азотной кислотой) методами ICP ES (атомно-эмиссионный спектрометр ICAP61E) и ICP MS (масс-спектрометр Agilent 7500) в лаборатории ГУП «Водоканал», а в 2010 г. в лаборатории ВСЕГЕИ. Пределы обнаружения (в мг/л) для катионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+ — 0,001; 0,005; 0,005; 0,0001 соответственно.
По преобладающим компонентам осадки, выпадающие в районе Крымского учебного полигона СПбГУ, в 30 % случаев гидрокарбонатные кальциевые; на сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые приходятся (18 %), гидрокарбонатные натриево-кальциевые (15 %), сульфатно-гидрокарбонатные натриево-кальциевые (12 %). Средняя минерализация составляет 40 мг/л, величина рН варьирует около 7 [2].
Всего было определено 45 микрокомпонентов и все макрокомпоненты. Для факторного анализа из рассмотрения были исключены микрокомпоненты, которые определены не во всех пробах. В итоге для дальнейшего исследования были выбраны все макрокомпоненты и 13 микрокомпонентов. Объем выборки составил 18 проб (табл. 1).
Ассоциации элементов в дождевых осадках. В результате пересчета методом факторного анализа выявлены ассоциации химических элементов в атмосферных осадках. Применен метод главных компонент (МГК) факторного анализа, который выполнен с использованием прикладного статистического пакета программ «STATISTICA». В исходную выборку включены результаты определений макрокомпонентов — Na, K, Ca, Mg, Cl, SO42-, HCO3 и микрокомпонентов — Al, Ba, Cd, Co, Cr, Fe, Mo, Ni, Pb, Sb, Si, Ti, Rb в дождях 2005, 2006 и 2010 годов (см. табл. 1). При интерпретации результатов факторного анализа нами использованы методические приемы, изложенные в работе [6].
40
Таблица 1
Анализы химического состава атмосферных осадков Восточной части Бахчисарайского района Крыма
(лето 2005, 2006, 2010 гг.)
Дата отбора пробы № пробы N3 К Са м8 С1 §04 нсо3 А1 Ва са Со Сг Бе Мо N1 РЬ вь Т1 ЯЬ
мкг/л мкг/п мкг/п мкг/п мкг/п мкг/п мкг/п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ п мкг/ л мкг/ л мкг/ л мкг/ л
16.06.2005 Я1 1000 4400 5700 1940 2100 7500 19000 1,3 130 0,012 0,05 0,25 5 0,072 0,4 0,05 0,12 840 0,5 3
19.06.2005 Я2 3000 930 3600 1000 1500 6600 16000 250 6,6 0,11 0,22 2,9 320 0,15 5,5 5,8 0,48 1800 9,9 0,98
20.06.2005 ЯЗ 3000 1800 8400 1000 2000 9000 25000 260 21 0,3 0,27 4,7 370 0,2 2,9 6,4 0,39 3300 14 2
27.06.2005 Я4 760 710 3000 310 1600 1920 12000 460 25 0,31 0,21 11 600 0,11 2 11 0,44 1700 9,2 1,3
16.07.2005 Я5 990 4800 9400 2300 5000 7000 25000 210 130 0,12 0,41 2,3 550 0,18 1,8 2,1 0,1 1800 2,4 2,7
14.06.2006 Я6 1100 2300 14000 770 4590 5400 32330 170 270 0,15 0,1 1 210 0,05 2 2,2 0,39 3000 5,7 550
15.06.2006 Я7 920 1800 4400 490 3180 1650 16470 210 420 0,13 0,12 1,2 180 0,12 1,5 2,3 0,81 4600 5,2 380
16.06.2006 Я8 1100 2000 7000 670 3180 6300 16000 200 410 0,32 0,23 1,5 160 0,1 1,6 2,2 0,23 3600 4,9 330
10.07.2006 Я9 920 580 7000 470 2130 1500 24400 200 380 0,05 0,12 2,4 210 0,05 1,7 2,3 0,17 4100 5,3 290
20.06.2010 МО 733 913 3690 456 940 0 16000 63,1 35,6 0,021 0,11 7,6 400 0,21 5,06 0,87 2,04 267 7,56 0,46
26.06.2010 ЯП 1380 2620 2660 381 1000 0 18000 116 96,1 0,07 0,11 6,77 362 0,13 5,55 1,63 0,73 316 6,64 0,83
27.06.2010 Я12 2460 638 3750 559 1400 0 20000 50 31,5 0,057 0,14 6,85 421 0,15 5,6 1,2 0,35 172 7,94 0,5
29.06.2010 Я13 4340 10780 7140 1440 5860 19000 24400 156 135 0,073 0,18 8,77 519 0,4 8,6 2,36 0,47 1260 14,4 2,45
30.06.2010 Я14 2130 4840 3580 686 2130 7000 15860 168 122 0,025 0,29 8,47 497 0,34 50,6 2,49 0,18 638 8,52 0,89
04.07.2010 Я15 2170 1100 6150 660 710 4000 24400 58 19,9 0,11 0,14 8,9 447 0,2 9,74 1,96 0,36 249 12,1 1,1
10.07.2010 Я16 1910 744 5980 614 460 0,4 28000 155 162 0,027 0,12 5,33 377 0,14 4,57 26,8 0,87 443 14,2 0,54
14.07.2010 Я17 688 313 7220 412 430 11000 12200 140 97,2 0,058 0,13 6,8 431 0,13 5,04 1,54 0,17 536 12,6 0,45
28.07.2010 Я18 3440 1320 11380 1730 1000 4000 48800 235 187 0,16 0,24 6,74 532 0,22 7,9 3,83 0,25 725 20,1 1,44
Рассмотрены и проинтерпретированы первые три фактора, вес которых в изученной системе составляет 27%, 21%, и 13% соответственно. Структура элементных ассоциаций, соответствующих этим факторам, выглядит следующим образом:
1(270/0)
- М°92^81СГ81Тгб6№64М51 11(21%)-
~~ (504 )71 М^^^дСа^К^Со^ (НС03 )44
40
111(13%) +к'9
-А1Н2СС174РЬ51
В структуре каждого фактора указаны элементы, имеющие статистически значимую (уровень значимости 0,05 и 0,1) связь с фактором, то есть значимые факторные нагрузки. Над чертой указаны элементы, имеющие положительные нагрузки на фактор, под чертой — отрицательные; элементы с противоположными знаками нагрузок в структуре фактора связаны друг с другом обратной корреляционной зависимостью, с одинаковыми знаками — прямой корреляционной зависимостью. Цифры в основании символов — численные значения нагрузок, умноженные на 100. Номер фактора и его вес указываются перед чертой.
В выпадающих в Восточной части Бахчисарайского района Крыма атмосферных осадках присутствуют примеси континентальных (около 80%) и морских (около 20%) солей [2]. Источником минеральных пылевых частиц, содержащих микрокомпоненты, могут быть почвы и горные породы материка (за счет эоловых процессов) или техногенные загрязнители.
Учитывая это, становится очевидным, что структура первого фактора с участием микрокомпонентов отражает наличие двух различных континентальных источников пылевых частиц в дождевых осадках: специализированного на рубидий, барий, кремний (положительные факторные нагрузки) и специализированного на молибден, железо, хром, титан, натрий, никель (отрицательные факторные нагрузки). Источником рубидия, бария и кремния могут служить слюды, полевые шпаты и кварц, преобладающие в продуктах континентального выветривания. Обширные области такого выветривания располагаются к северу от гряды Крымских гор (Предгорный Крым и Русская платформа).
Другому источнику твердых пылевых частиц, который выступает как антагонист предыдущего в структуре первого фактора (отрицательные факторные нагрузки в противовес положительным), соответствует характерная ассоциация черных и цветных металлов с участием железа. Таким железосодержащим источником могут служить породы и руды Керченского железорудного бассейна, располагающегося к востоку от Горного Крыма. В том же районе, на территории Керченского полуострова, располагаются многочисленные соляные озера — возможный источник натрия, ассоциирующего с черными и цветными металлами в структуре I фактора.
Значения I фактора для проб дождей разных годов приводятся на диаграмме (рис. 1). Отрицательные значения первого фактора, соответствующие ассоциации
Рис. 1. Диаграмма значений первого и второго факторов по результатам наблюдений в 2005, 2006, 2010 гг. (На диаграмме вынесены фигуративные точки по годам и их номера).
Рис. 2. Розы ветров: июнь — июль 2010 г. (А), июнь — июль 2006 г. (В), июнь — июль 2005 г. (С) (по данным метеостанции пос. Почтовое) [2].
Мо-Бе-Сг-Т1-№-№, в максимальной степени проявлены для проб дождей 2010 г. Анализ розы ветров летнего периода этого года (рис. 2) показывает резкое преобладание северо-восточных, юго-восточных и восточных ветров в 2010 г. Именно эти ветра могли приносить континентальную пыль с Керченского полуострова, где расположены железорудные месторождения и соляные озера. Положительными значениями первого фактора (ассоциация КЬ-Ва-Б1) ярко выделяются пробы дождей 2006 г., когда преобладали северные и северо-восточные ветра (см. рис. 2) из областей Предгорного Крыма и Русской платформы.
43
Выявленные закономерности согласуются с предложенной интерпретацией I фактора. Структура этого фактора соответствует компонентам пылевых аэрозолей континентального происхождения и определяется двумя различающимися по составу источниками этих аэрозолей, каждый из которых вносит свой вклад в состав дождевых осадков разного времени.
Элементная ассоциация, выделенная в структуре второго фактора, со всей очевидностью обусловлена присутствием солей в составе дождевой воды — хлоридов, сульфатов, в меньшей степени карбонатов щелочных и щелочно-земельных металлов. Источником этих солей могут служить как морские воды, так и многочисленные соляные озера Керченского полуострова и Равнинного Крыма. Попытаемся соотнести II фактор с соляными озерами как источником макрокомпонентов, выделенных в этом факторе. Здесь следует учесть два момента. Во-первых, в качестве области выноса макрокомпонентов соляных озер надо рассматривать Керченский полуостров, где распространены такие озера. Тогда появление этих компонентов в составе дождевой воды должно быть сопряжено с преобладанием восточных и северо-восточных ветров. Одновременно такие ветра привносят пыль железорудных месторождений Керченского полуострова. Следовательно, все пробы с отрицательными значениями II фактора (им соответствует обозначенная выше ассоциация макрокомпонентов) должны иметь отрицательные значения и I фактора (им соответствует рассмотренная выше железосодержащая ассоциация). Однако, как видно из диаграммы на рис. 1, для проб 2006 г. и частично 2005 г. характерна прямо противоположная тенденция.
Во-вторых, наиболее значимую роль такой источник должен играть в жаркие засушливые сезоны. В районах развития солончаков и соляных озер атмосфера в большей степени обогащается сульфатными солями, чем хлоридными. Сульфатная корка солончаков легче выветривается, чем хлоридная [4]. При усыхании поверхностной рапы самосадочных хлоридных озер образуется слой галита с примесями горьких сульфатных солей, которые подвергаются ветровой эрозии. На сульфатных озерах выветриванию подвержена выпаренная новосадка мирабилита.
По суммарному количеству выпавших осадков и средним температурам (табл. 2) лето 2010 г. было жарким и засушливым, а 2005 и 2006 гг. — дождливым и относительно прохладным. По нашим наблюдениям поверхность соляных озер в июле 2010 г. была почти полностью покрыта кристаллической коркой, которая практически отсутствовала в июле 2005 и 2006 гг. Однако по значениям II фактора очевидные сезонные различия между пробами дождей отсутствуют: для всех сезонов выявились пробы как с положительными, так и с отрицательными значениями II фактора (см. рис. 1).
Таблица 2
Средние количества атмосферных осадков и средние температуры за июнь-июль
Год опробования осадки (мм) июнь-июль суммарно Т°С воздуха июнь-июль
2005 187,5 18,2-22,2
2006 218,1 20,0-20,6
2010 119,0 21,1-23,4
44
Оба рассмотренных обстоятельства не позволяют соотносить второй фактор с соляными озерами, как причиной, обусловившей ассоциацию макрокомпонентов, выделенных в данном факторе.
Рассмотрим теперь возможность соотнести II фактор с морской водой как источником макрокомпонентов, выделенных в этом факторе. Компоненты морской воды могут привноситься в дождевые осадки Крымского учебного полигона юго-восточными и восточными ветрами со стороны Новороссийской части акватории Черного моря и западными ветрами со стороны акватории Черного моря в районе городов Кача и Николаевка. Восточные и юго-восточные ветры преобладали в 2010 г. (см. рис. 2). На диаграмме значений факторов (см. рис. 1) для проб 2010 г. отчетливо проявлена прямо пропорциональная зависимость между значениями I и II факторов. То есть, с нарастанием доли солевых макрокомпонентов (отрицательные значения II фактора) нарастает и доля черных металлов (отрицательные значения I фактора) в составе проб дождей именно 2010 г. На наш взгляд это обусловлено тем, что восточные и юго-восточные ветра в Крыму могут одновременно формироваться и континентальными ветрами с Керченского полуострова, и морскими ветрами с Новороссийской части акватории Черного моря. Поэтому они могут нести в себе одновременно и континентальную, и морскую составляющую.
Морская солевая компонента в пробах 2006 и 2005 гг. могла быть обусловлена западными ветрами с акватории Черного моря, которые, наряду с ветрами северного и северо-восточного направлений, превалировали в указанные годы. Именно иной розой ветров можно объяснить отсутствие прямой корреляционной зависимости между значениями I и II факторов для проб этих годов, в отличие от 2010 г. (см. рис. 1).
Таким образом, имеющиеся данные вполне согласуются с предположением о морском источнике макрокомпонентов, выделенных в структуре II фактора. Это предположение подкрепляется также и тем, что в элементной ассоциации фактора ведущая роль принадлежит хлор-иону, который принимается в качестве показателя морского источника.
Третий фактор достаточно легко поддается интерпретации. В его структуру входят РЬ и С^ для которых сложно предположить какой-либо иной источник, кроме техногенного. Ассоциация с алюминием позволяет говорить о глиноземистой пыли цементного производства. При изготовлении цемента утилизируются в качестве исходного сырья отходы металлургического и химического производств, в том числе глинистое органоминеральное сырье [7]. Поэтому состав исходного сырья формирует совместную ассоциацию глинозема и тяжелых металлов и в цементе, и в выбросах твердых частиц цементного производства. Так, в пыли цементного производства выявлено высокое содержание тяжелых металлов и установлено, что высокодисперсные фракции пыли обогащены кадмием и свинцом [7]. Именно состав исходного сырья цементного производства способен обеспечить полученную в структуре III фактора ассоциацию алюминий-свинец-кадмий в дождевых осадках, если они загрязнены пылью цементного производства. В противовес указанной ассоциации с этим же фактором сопряжен калий (положительная факторная нагрузка). В цементном производстве источником этого металла являются щелочные оксиды, которые задействованы в технологическом процессе изготовления цемента [8].
В связи с цементным производством в составе дождевых осадков проявилось два источника: исходное сырье для производства цемента (ассоциация тяжелых металлов
и глинозема) и материалы, обеспечивающие технологический процесс (щелочные оксиды). Эти два источника, связанные с одним предприятием, но проявляющиеся на разных этапах технологической цепочки, обусловили две антагонистические ассоциации в структуре III фактора. Анализ распределения точек на диаграмме значений этого фактора (рис. 3) в сопоставлении с направлениями преобладающих ветров, предшествовавших выпадению дождя, показывает, что наиболее интенсивные положительные и отрицательные значения фактора проявились в дождях при преобладающих западных и северо-западных ветрах. Именно к северо-западу от учебного полигона расположен Бахчисарайский комбинат по производству цемента.
Рис. 3. Диаграмма значений первого и третьего факторов по результатам наблюдений в 2005, 2006, 2010 гг. (На диаграмме вынесены фигуративные точки по годам и их номера).
Известно, что минеральные частицы пыли и другие аэрозоли атмосферы могут переноситься на достаточно большие расстояния (например, пыль Сахары переносится через Атлантику до Северной Европы и даже далее [9]). Влияние весьма отдаленных источников не носит регулярный характер — при факторном анализе данные источники будут выделяться, по нашему мнению, как факторы высоких порядков (5-й, 6-й, 7-й и т. д. факторы). В нашей работе рассмотрены только три первых, наиболее значимых, фактора.
Оценка антропогенного воздействия. На основе выявленных в дождевых осадках элементных ассоциаций постараемся оценить вклад антропогенного воздействия на формирование этих ассоциаций. Влияние промышленного комбината ЗАО Бахчисарайский комбинат «Стройиндустрия» представляется очевидным. Элементные ассоциации, соответствующие составу вредных примесей в выбросах твердых частиц цементного производства [7, 8], выявлены по результатам факторного анализа в структуре
46
третьего фактора. Это так называемый «техногенный» фактор, его вклад в общую дисперсию системы составляет 13 %, и по своей значимости он занимает третье место после не техногенных (природных) источников, влияющих на состав дождей. Влияние цементного производства обусловливает формирование химической ассоциации РЬ-С^А1 в антагонизме с калием в химическом составе осадков. Среди отобранных проб дождей более всего такое влияние проявилось в пробах 2005 и 2010 гг. Это пробы с высокими отрицательными значениями III фактора (Я4 и Я3 в 2005 г., Я18 и Я16 в 2010 г.) и с высокими положительными значениями того же фактора (Ш в 2005 г., Я10 и Я13 в 2010 г.), см. рис. 3. Времени отбора указанных проб соответствует преобладание ветров западного и северо-западного направлений. Влияние вредных примесей цементного производства практически не проявляется в химическом составе дождевой воды, собранной в период преобладания ветров восточных и северо-восточных направлений (пробы Я5 в 2005 г., Я15 и Я17 в 2010 г. и пробы 2006 г., для которых значения третьего фактора близки к нулю, см. рис. 3). Такая зависимость обусловлена тем, что Бахчисарайский комбинат по производству цемента, как источник техногенных загрязнений, расположен к северо-западу от учебного полигона СПбГУ.
Содержания техногенных металлов в пробах, для которых по результатам факторного анализа установлено влияние техногенного источника (Я3, Я4, Я16, Б.18), в несколько раз превышают фоновые содержания этих металлов в пробах дождей, не подвергшихся такому влиянию (Я5, Я6, Я7, Я9, Я15, Б.17), см. табл. 1. Так, средние значения содержаний металлов, рассчитанные по указанным фоновым пробам, составили (мкг/л): РЬ — 2,1, Cd — 0,10, А1 — 165. Коэффициенты концентрации по отношению к фону (для содержаний этих металлов в пробах с техногенным влиянием) варьируют: РЬ — от 2 до 13, Cd — от 0,3 до 3,1, А1 — от 1 до 3. За фоновые значения приняты средние содержания элементов в пробах, не подвергшихся техногенному воздействию (пробы Я5, Я6, Я7, Я9, Я15, Я17).
Антропогенное влияние на химический состав изученных дождей можно предполагать в связи с выявленной в дождевых осадках ассоциацией черных и цветных металлов (Мо-Бе-Сг-Т1-№). Такая ассоциация проявилась в структуре I фактора (см. выше). Она, вероятно, связана с породами Керченского железорудного бассейна, расположенного к востоку от полигона СПбГУ. Это природный (не техногенный) источник металлов в составе пылевых частиц. Однако месторождения Керченского железорудного бассейна долгое время разрабатывались карьерным способом, в результате чего богатые металлами пласты руды нарушены и вскрыты на поверхности, в бортах и днище карьеров, вследствие антропогенного воздействия. Разработка месторождений не ведется с середины 90-х годов прошлого столетия, но вскрытые и дезинтегрированные железорудные породы, несомненно, являются серьезным дополнительным источником пыли, богатой названными металлами. Указанный первый фактор, сопряженный с этими металлами, играет ведущую роль в рассматриваемой системе химического состава дождей. Его вклад составляет 27% общей дисперсии. Интенсивность воздействия этого фактора на данную систему определяется интенсивностью и длительностью восточных ветров. Наиболее сильно оно проявилось в химическом составе дождей 2010 г. Пробы этого года характеризуются наибольшими отрицательными значениями данного фактора (см. рис. 3).
47
Выводы
1. Для оценки антропогенного влияния на химический состав дождей выявлены основные источники поступления макро- и микрокомпонентов в дождевые осадки методом главных компонент факторного анализа. Для района Крымского учебного полигона (Вторая гряда Крымских гор) при таком анализе установлено две группы ведущих источников: удаленные и местные. Удаленных источников выявлено два типа: континентальный и морской.
Выделенные факторным анализом местные источники имеют техногенную природу. Наличие природных местных источников химических элементов не вызывает сомнения, однако малый объем выборки (18 проб) позволяет подтвердить как значимые только сильные корреляционные связи, характерные в данном случае для техногенных микрокомпонентов. Участие того или иного источника в составе дождей разного времени определяется розой ветров.
2. Ведущая роль (27 % от общей дисперсии системы) в формировании химического состава дождевых осадков района Крымского учебного полигона принадлежит континентальным источникам. Микроэлементный состав дождей формируется именно за их счет. Согласно полученным ранее данным [2], макрокомпонентный состав этих дождей также соответствует осадкам континентальных районов. Однако, более слабые корреляционные связи макрокомпонентов по сравнению с микрокомпонентами при небольшом объеме выборки, не позволили выявить макрокомпонентную составляющую в структуре фактора «континентальных источников». Микроэлементные ассоциации в составе дождевых осадков позволяют говорить о двух таких источниках, дополняющих друг друга. Пылевые частицы одного из них обогащены рубидием, барием и кремнием, носителями которых, как мы считаем, могут быть слюды (один из основных в продуктах континентального выветривания терригенных, метаморфических и магматических пород). По данным гидрохимического моделирования дождевые воды летнего периода изучаемого района по отношению к слюдам имеют высокий индекс насыщения [2].
Другой источник продуцирует пылевые частицы, специализированные на черные и цветные металлы ^е, Сг, Т1, Мо, N1) и натрий. Это пыль железорудных месторождений и соляных озер Керченского полуострова. Притом, что это природный источник металлов, можно говорить о существенной роли антропогенного фактора в образовании пылевых аэрозолей, содержащих эти металлы: железорудные породы вскрыты и дезинтегрированы в заброшенных карьерах. Роль этих пылевых аэрозолей в составе дождей района учебного полигона меняется от сезона к сезону и наиболее ярко проявляется в связи с восточными ветрами. По данным гидрохимического моделирования для дождевых вод летнего периода изучаемого района наиболее высокие индексы насыщения соответствуют железистым минералам (гематит, гетит) [2].
По результатам факторного анализа установлено, что микроэлементный состав дождевых осадков летом 2010 г. определялся преимущественно пылевыми частицами железорудных месторождений и соляных озер Керченского полуострова. Летом 2006 г., когда преобладали северо-восточные и северные ветра, решающая роль, по всей видимости, принадлежала второму источнику, сопряженному со слюдисто-кварц-по-левошпатовыми породами Предгорного и Равнинного Крыма и Русской платформы. В 2005 г. состав дождевых осадков определялся в равной степени обоими названными источниками пылевых аэрозолей.
3. Вторая по значимости роль в формировании химического состава дождевых осадков района Крымского учебного полигона принадлежит морскому источнику. Его влияние обусловило ассоциацию макрокомпонентов в структуре второго фактора, вклад которого — 21% от общей дисперсии системы. (В соответствии с результатами, полученными ранее [2], вклад морской составляющей в химический состав атмосферных осадков также оценен в 20 %). Главным компонентом в этой ассоциации является хлор-ион. С ним ассоциируют Mg, Са, К, № и сульфат-ион. Морская солевая компонента в состав дождей привносилась с акватории Черного моря, летом 2005 и 2006 гг. — за счет преимущественно западных ветров, в 2010 г. — за счет восточных ветров с Новороссийской части акватории Черного моря.
4. В дождевых осадках района учебного полигона выявлена ассоциация металлов, обусловленная воздействием техногенного источника. Это тяжелые металлы (РЬ, Cd) и алюминий в составе пыли цементного производства. Это третий по значимости фактор, влияющий на состав дождей. Его вклад — 13 % от общей дисперсии системы. Такое техногенное влияние проявляется в отдельных пробах дождей 2005 и 2010 гг. в связи с северо-западными ветрами (в 5-6 км к северо-западу от учебного полигона располагается Бахчисарайский цементный комбинат). Вредные примеси цементного производства практически не проявляются в химическом составе дождевой воды, отобранной в 2006 г.
Полученные выводы позволяют утверждать, что экологическое состояние атмосферных осадков Восточной части Бахчисарайского района Крыма связано с режимом циркуляционных процессов и, благодаря естественной розе ветров, антропогенные аэрозоли находятся в приземном воздухе изучаемой территории в незначительных количествах.
Литература
1. Информационно-образовательный научный портал «Планета». Руководитель проекта — д.г.н. О. А. Подрезов: http://www.p1anet.e1cat.kg/ (дата обращения 11.06.2011).
2. Каюкова Е. П. Гидрохимические особенности атмосферных осадков полигона Крымской геологической практики СПбГУ // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2011. Вып. 3. С. 26-42.
3. Каюкова Е. П. Мезоклимат полигона Крымской геологической практики и современные тенденции его изменения // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 2010. Вып. 4. С.32-46.
4. Никаноров А. М. Гидрохимия. СПб: Гидрометеоиздат, 2001. 444 с.
5. Колодяжная А. А. Режим химического состава атмосферных осадков и их метаморфиза-ция в зоне аэрации. М., Изд. АН СССР. 1963. 168 с.
6. Котова И. К., Булдаков И. В. Факторный анализ при исследовании геологических систем: Элементарные основы факторного анализа. Принципы интерпретации его результатов: учебно-метод. пособие. 2-е изд., доп. и испр. СПб.: С.-Петерб. ун-т, 2009. 48 с.
7. Хоботова Э. Б. и др. Определение химического и дисперсного составов цементной пыли. Коммунальное хозяйство городов // Научно-технический сборник № 60. Харьков, 2004. С. 119123.
8. Юдович Б. Э., Дмитриев А. М., Лямин Ю. А., Зубехин С. А. Цементная промышленность и экология. Цемент и его применение. 1998, №3. С. 11-19.
9. Сайт «Инфокс-Интерактив». http://infox.ru/science/p1anet/2010/07/07/ (дата обращения 11.06.2011).
Статья поступила в редакцию 22 сентября 2011 г.
49
