CC BY
15
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2/2019
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК: 551.510.534
Федосеев И.В, Цедилин А.Н., ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет» (Московский Политех)
e-mail: [email protected] Василенко А.П.
ООО «Национальная инновационная компания»,
e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ ТРОПОСФЕРНОГО ОЗОНА В МЕГАПОЛИСЕ
Аннотация
В статье представлены результаты мониторинга суммарных (природных и техногенных) концентраций тропосферного озона в условиях техносферы мегаполиса. Установлено, что концентрации суточных значений Оз, вследствие одновременно протекающих различных физико-химических реакций образования и разложения, представляют собой сложный колебательный процесс с неопределенной частотой и амплитудой и зависят от общей загрязненности воздуха. Математическое моделирование, в следствии многофакторности трансформирования озона и кислорода, затруднительно и предпочтительно статистическое прогнозирование.
Новизна работы - исследование влияния физических факторов (температуры, магнитного поля, ультрафиолетового излучения) на концентрацию суммарного озона.
Данные за период 2018 г. подтверждают ранее выявленные зависимости по сезонным изменениям суммарной концентрации озона в приземном воздуха и могут быть использованы для прогнозирования экологической безопасности тропосферы мегаполиса.
Ключевые слова:
экологическая безопасность, среда обитания, озон, реакции образования и разложения, концентрация, физические факторы, температура, магнитное поле, ультрафиолетовое излучение.
Fedoseyev, Cedilin А^,
RUSSIAN in Moscow Polytechnic University (Moscow State University)
Moscow, Russia e-mail: rector@mospolytech. ru Vasilenko Л.Р.
LLC "National innovation company Moscow, Russia e-mail: [email protected]
STUDY OF THE INFLUENCE OF PHYSICAL FACTORS ON CONCENTRATIONS OF TROPOSPHERIC OZONE IN THE METROPOLIS
This article presents the results of monitoring summary (natural and man-made) concentrations of tropospheric ozone in the context of the technosphere. Found that daily values of concentration About3 occurring at the same time, as a result of various physical and chemical reactions of formation and decomposition, constitute a complex vibrational process with an uncertain frequency and amplitude and depend on overall air pollution. Mathematical modeling, afterwards transforming multifactor nature of ozone and oxygen is difficult and preferably a statistical prediction.
{ }
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2/2019
The novelty of this work is a study of the influence of physical factors (temperature, magnetic fields, ultraviolet radiation) on the concentration of total ozone.
Data for the period 2018 g. confirm previously identified according to seasonal changes of total ozone concentrations in the surface air and can be used to predict the environmental safety of the troposphere.
Keywords:
environmental security, Wednesday, ozone, reaction formation and decomposition, concentration, physical factors, temperature, magnetic field, ultraviolet radiation.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) среда обитания человека является основным объективным показателем, влияющим на продолжительность жизни и активное долголетие человека в мегаполисе. Основа ее экологической безопасности - состояние тропосферного (приземного) воздуха и наличие в нем озона (высоко токсичного газа), который включен в список основных загрязнителей и требует постоянного мониторинга.
Озон (природный и техногенный) является трансформируемым атмосферным газом. Концентрация Оз определяется одновременно протекающими многочисленными физико-химическими реакциями его образования и разложения [1]. Озон в РФ относится к веществам первого класса опасности: ПДКм.р.= 160 мкг/м3, ПДКс.с = 30 мкг/м3. В «доиндустриальный» период в тропосфере его природная концентрация предположительно составляла 10-20 мкг/м3 [2]. В условиях антропогенного загрязнения воздуха мегаполиса суммарная концентрация озона может значительно превышать установленные предельно допустимые концентрации [3,4]. Природа и значимость данного явления уже несколько лет исследуется научным сообществом (ИОФ РАН, ИФА РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова и др.). Данная работа проводится в рамках научно-технического сотрудничества с кафедрой «Метеорологии и климатологии» географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Анализ публикаций по данной тематике, не всегда объясняет характерные для московского региона концентрации [5]. Поэтому проведение мониторинга необходимо для выявления присущих для мегаполиса процессов тропосферного трансформирования озона под действием физических и химических факторов, разработки и реализации на основе экстремальных значений тропосферного озона организационно-технических мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения мегаполиса.
С использованием научно-технических публикаций в данной области и на основе собственных исследований, проводимых авторами с 2010 г., [6 - 13] установлено, что:
- концентрации наибольших значений тропосферного озона (используемых для оценки экологической безопасности приземного воздуха) измеренных в течении суток, вследствие одновременно протекающих реакций образования и разложения, зависят от климатических сезонных условий (температуры) и представляют собой сложный колебательный процесс с неопределенной частотой и амплитудой;
- наибольшие значения тропосферного озона в воздухе в дневное и ночное время суток сопоставимы, что позволяет предположить отсутствие доминирования фото-каталитических реакций образования озона над территориями мегаполиса;
- вероятность превышения ПДКсс. (30 мкг/м3) концентрацией озона в тропосферном воздухе мегаполиса зависит от степени урбанизации исследуемых территорий (превалирования искусственной среды обитания человека над природной);
- математическое моделирование в следствии многофакторности процесса (одновременно протекающие реакции разложения и образования О3, трехмерный механизм трансформации и др.) затруднительно и, на данном этапе изучения, предпочтительны статистическая обработка результатов и прогнозирование.
Новизной данной работы является исследование влияния физических атмосферных факторов -температуры, магнитного поля, ультрафиолетового излучения на концентрацию суммарного озона.
Задача исследований - оценка новых и ранее полученных закономерностей изменений концентрации тропосферного озона и сбор статистических данных за 2018 г. на территории региона, для последующей обработки и анализа.
Выбор физических факторов для исследования обусловлен тем, что ранее установлена сезонная зависимость концентраций Оз от температуры, известен механизм С. Чепмена образования и разложения озона под действием фотонов и ультрафиолетового излучения, возможно влияние возмущения магнитного поля Земли, приводящих к возникновению потоков энергетических частиц, на суммарную концентрацию озона в тропосфере.
Для оценки воздействия ультрафиолетового излучения и магнитного поля Земли на суммарную концентрацию Оз использовали соответственно К-индекс и УФ-индекс.
Полученные экспериментальные данные представлены виде графиков. Как видно из рис.1и 2, изменение концентрации озона представляют собой сложный колебательный процесс с неопределенной частотой и амплитудой.
Рисунок 1 - Концентрация озона в мае 2018 г.
ГО
160 140 130 100 АО Б0 40 20 0
1 д fu 1 >
v Vi\
1м Л;/' \ -у л/\
Гч / 1 V Л-
J Y 1 rf Nh
Ä
</i о
о
<н
о
« о
о г tfi о
Q I
(М
0
1
oi
30
25
20
15
1С?
5
0
-5
-10
U
о
—— Концентрация озона за осень 201В ---Температура за осень 2013
Рисунок 2 - Концентрация озона в сентябре, октябре, ноябре 2018 г.
При относительно устойчивой повышенной температуре в мае 2018 г. концентрация озона изменялась незначительно, но существенно превышала ПДКс.с.(2 - 4 ПДКс.с.). В осенний климатический период 2018 г. концентрация Оз снижалась по мере понижения температуры (от 4 ПДКс.с. до ПДКс.с).
На рис 3 и 4 представлены концентрации озона при высоких (5-2) и низких (3-0) значениях УФ-индекса (соответственно июнь и октябрь). Полученные результаты не позволяют предположить влияние УФ-индекса на концентрацию озона.
Рисунок 3 - Концентрация озона и значение УФ-индекс в июне 2018 г.
Рисунок 4 - Концентрация озона и значение УФ-индекса в октябре 2018 г.
На рис 5 и 6 представлены концентрации озона при высоких (5 -1) и низких (3,5 - 1) значениях индекса магнитного поля (соответственно июль и ноябрь). Полученные результаты не позволяют предположить влияние индекса магнитного поля на концентрацию озона.
120 ■LOG ГО АО
S -■— 60
5 40
20 0
\ /\ п \
Л IM \ /Vi \ /' Y* г / \ |Ч-V / N
\jl \ * V г 4 . » \ / \ у / * ' v \ 1 \ / f ij *»
\ i V
s ч-
^ Концентрация озона за июль — — - Индекс магнитного полр зэ июль
U X
ш
ч:
X
Рисунок 5 - Концентрация озона и значение индекса магнитного поля в июле 2018 г.
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2/2019
ocjoooooooocoooq
rxxzxxxzzcxxxxxx
Концентрации озсэьа за ноябрь — - - И идеи с магнитного поля за ноябрь
Рисунок 6 - Концентрация озона и значение индекса магнитного поля в ноябре 2018 г.
Представленные экспериментальные данные за 2018 г. по влияния физических атмосферных факторов (температуры, магнитного поля, ультрафиолетового излучения) на концентрацию суммарного озона в Московском регионе показали, что концентрации суммарного Оз зависят от сезонных температур и представляют собой сложный колебательный процесс с неопределенной частотой и амплитудой, связанный с одновременно протекающими физико-химическими реакциями его образования и разложения. Существенного влияния магнитного поля и ультрафиолетового излучения на концентрацию озона не выявлено.
Список использованной литературы:
1. Лунин В. В., Попович М. П., Ткаченко С. Н. Физическая химия озона. — М.: МГУ, 1998. — 480 с.
2. Александров, Э.Л. Озоновый щит Земли и его изменения. / Э.Л. Александров и др. СПб.: Гидрометиоиздат, - 1992. - 288 с.
3. Систер, В.Г. Исследование концентрации озона в приземном атмосферном воздухе в условиях мегаполиса / В.Г.Систер и др. // Чистый город. - 2011. - №1. - С 35-40.
4. Башлакова О.И. Экологическая безопасность как основа устойчивого развития современной России / О.И.Башлакова // Среднерусский вестник общественных наук. - 2015. - №2(№38). - С.16-22.6.
5. Ларин И.К. Химическая физика озонового слоя / Ларин И.К. - М.: Изд-во ГЕОС, 2015 г.
6. Систер В.Г., Цедилин А.Н., Василенко А.П. Вопросы экологической безопасности тропосферного воздуха в мегаполисе // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 6. С. 269.
7. Систер В.Г., Цедилин А.Н., Воронина В.Э., Иванникова Е.М., Скибицкая К.А. Мониторинг атмосферы как составная часть "зеленого" строительства // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2016. № 19-20. С. 95-106.
8. Систер В.Г., Скибицкая К.А., Цедилин А.Н., Василенко А.П. Исследование влияния природных и техногенных факторов окружающей среды на концентрацию приземного озона в атмосферном воздухе московского региона // В сборнике: Биотехнологии в комплексном развитии регионов материалы международной научно-практической конференции. - 2016. С. 34.
9. Василенко А.П., Федоров Д.В., Систер В.Г., Цедилин А.Н. Исследование концентраций тропосферного озона // В сборнике: Биотехнология: состояние и перспективы развития материалы VIII Московского Международного Конгресса. ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2015. С. 291294.
10. Воробьева Н.В. Методы оценки концентраций тропосферного озона // В сборнике: Биотехнология: состояние и перспективы развития материалы VIII Московского Международного Конгресса. ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2015. С. 117-122.
11.Цедилин А.Н., Систер В.Г., Воробьева Н.В. Статистические методы оценки концентраций тропосферного озона // В сборнике: Биотехнология: состояние и перспективы развития материалы VIII
{ }
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2/2019
Московского Международного Конгресса. ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2015. С. 274-277.
12. Систер В.Г., Цедилин А.Н., Воробьёва Н.В., Воробьёв Ю.В. Результаты статистической обработки концентраций тропосферного озона в московском регионе // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2014. № 1 (50). С. 74-81.
13. Sister V.G., Tartakovsky I.S., Tsedilin A.N., Vorobeva N.V. Transformation of components of human environment under anthropogenic impact // Biogeosystem Technique. 2014. № 2 (2). С. 174-181.
© Федосеев И.В, Цедилин А.Н., Василенко А.П. 2019
