CC BY
81
УДК 551.510.4:551.577
DOI: 10.24411/1728-323X-2020-13028
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МАКРОКОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА СНЕЖНОГО ПОКРОВА В КРУПНОМ ЦЕНТРЕ КАЛИЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Г. БЕРЕЗНИКИ
Е. А. Хайрулина, ведущий научный сотрудник, зав. лабораторией Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета, khayrulina@psu.ru, Пермь, Россия,
Е. С. Ушакова, младший научный сотрудник Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета, ushakova.evgeniya@gmail.com, Пермь, Россия
Проанализированы результаты исследования содержания макрокомпонентов в снежном покрове на территории крупного промышленного центра калийной промышленности г. Березники. Для оценки трансформации химического состава снега в районах влияния калийных предприятий рассчитаны индексы Cl7Na, Cr/SO]-, Na/K. Установлено, высокие содержания Cl- относительно Na+ подтверждают поступление Cl- в атмосферу не только с NaCl. Индекс Na/K, наименьшие значения которого обнаружены в промышленной зоне, подтверждает преобладание в выбросах предприятий К+ над Na+. Вероятней всего, вблизи предприятий основное поступление Cl- связано с выбросами KCl. Об исключительно техногенном характере высоких концентраций Cl- в атмосферном воздухе свидетельствует отношение Cl-/SO|- в снежном покрове. В непосредственной близости от калийного предприятия данное соотношение выше, чем в арктическом снеге в два раза, а на фоне других функциональных зон г. Березники превышения достигают 10 раз. Данные индексы можно использовать при проведении экологического мониторинга в районах воздействия калийных предприятий.
The results of the study of macro-element contents in the snow cover within Berezniki, a large center of potash industry, are analyzed. The indices of Cl-/Na+, Cl-/SO4- and Na/K are calculated to assess the transformation of the chemical composition of the snow cover in the areas affected by potash industry. It has been established that high contents of Cl- relative to Na+ prove the NaCl to be not the only source of Cl- in the atmosphere. The Na/K index, the lowest values of which are found in the industrial area, confirms the prevalence of K+ over Na+ in industrial emissions. Most likely, the main part of Cl- content near the potash plants is associated with KCl emissions. The exclusively technogenic character of high Cl- concentrations in atmospheric air is evidenced by the ci-/so4- ratio in the snow cover. In the immediate vicinity of the potash plant, this ratio is twice as high as in the Arctic snow, and ten times higher as compared to other functional areas of Berezniki. These indices can be used for environmental monitoring in the areas affected by potash industry.
Ключевые слова: соотношения макроэлементов, калийная промышленность, экологический мониторинг, промышленная агломерация.
Keywords: macroelement ratios, potash industry, environmental monitoring, industrial agglomeration.
Введение. Исследование химического состава снежного покрова для экологической оценки состояния атмосферного воздуха ш ироко применяется при различном спектре загрязнителей и показало свою высокую индикационную эффективность [1—3]. Снежный покров в течение всего зимнего периода аккумулирует загрязнение атмосферы и сохраняет геохимическую информацию вплоть до начала периода снеготаяния.
Большое внимание уделяется исследованиям по оценке-загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами [4—8], бенз(а)пиреном, нефтепродуктами [9, 10] в районах влияния предприятий, вблизи автомобильных трасс, на территории крупных городов и заповедных территорий. Выявление транс -формации химического состава снежного покрова при загрязнении макрокомпонентами более сложная задача. Аномалии в содержании макрокомпонентов менее контрастные и большую роль в изменении содержания макрокомпонентов играют природные факторы [11, 12].
Химический состав снежного покрова формируется под влиянием ряда факторов: поступления различных химических примесей вместе с выпадающими атмосферными осадками, поглощения снежным покровом газов из воздуха и оседания из атмосферы твердых частиц, взаимодействия снежного покрова с земной поверхностью. Снег обладает высокой сорбци-онной способностью и осаждает из атмосферы на поверхности земли существенную часть продуктов техногенеза. С учетом комплексного воздействия различных техногенных факторов снежных покров характеризуется пестрым фациальным составом (табл. 1).
Значение рН снеговых вод отражает специфику влияния промышленных объектов на исследуемой территории. Незагрязненным атмосферным осадкам соответствует значение рН = 5,5—5,6. Значение рН > 5,65 свидетельствует о подще-лачивании осадков, а при рН < 5,65 — об их закисление [7]. В крупных городах поступление больших количеств пыли сопровождается подщелачивание снеговых вод. Наблюдается увеличение содержания кальция, магния, гидрокарбонат-ионов [13]. Важным индикатором эмиссий сернистых
соединений от предприятий и автотранспорта является увели-2_
чение содержания 804 в составе снеговых вод [13, 14]. Активное использование антигололедных реагентов способству-
20° 40° .. 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180°
N гк
Рис. 1. Расположение района исследований на территории Российской Федерации
ет увеличению содержания С1- в снежном покрове [14, 15].
Предприятия калийной промышленности являются мощным источником загрязнения окружающей среды макрокомпонентами. Формирование загрязнения атмосферного воздуха возможно в результате поступления выбросов обогатительных фабрик, вентиляционных стволов, пыления солеотвалов. Присутствие в выбросах хлорида калия, хлорид натрия и взвешенные вещества привило к формированию ореолов загрязнения почв [23—25] на одном из крупнейших в мире месторождений калийных солей — Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей.
Высокая растворимость солей затрудняет оценку распределения основных загрязнителей вблизи техногенных источников. Осложняет достоверность анализа загрязнения макрокомпонентами по снежному покрову тот факт, что в зимнее время воздействие на химический состав
атмосферного воздуха снижается, из-за остановки процессов растворения на поверхности отвалов в период отрицательных температур [26]. Тем не менее в пределах промышленных площадок или санитарно-промышленной зоны калийных предприятий Верхнекамского калийно-магниевого месторождения формируются локальные площадные техногенные аномалии с повышенным относительно фона удельным запасом С1-, №+, К+ в снежном покрове [16], что свидетельствует о поступлении данных элементов с выбросами предприятий и их аккумуляции в снежном покрове.
В этой статье нами приведен анализ эффективности использования коэффициентов соотношения содержания макрокомпонентов С1-, №+, К+, ЗО2 для экологической оценки химического состава снежного покрова в рамках экологического мониторинга на примере г. Березники — промышленного центра Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (рис. 1).
Город рН Фациальный состав Минерализация, среднее значение, мг/л Функциональное зонирование
Березники, Пермский край [16] 5,10—6,84 С1-НС0-—№+ 15,50 Предприятия по добыче солей
Усолье-Сибирское, Иркутская область [17] 6,1—11,6 НСО- —С1-—№+ 336,1 Промышленная зона
Москва [18] 6,25 С1-—НСО- —Са2+ 13,4 Селитебная зона
Якутия [19] 5,73—6,06 НСО- —Са2+—Ш+ 10,69 Мерзлотные ландшафты
Пермь [20] 6,11—7,25 НС0-—Са2+—Б02- 39,5 Селитебная зона
Иркутск [21] 6,40 Бо2~ — НСО- —Са2+ 29,67 Селитебная зона
Заповедник Басеги [22] 5,8 Бо2~ —НСО- —Са2+ 18,1 ООПТ
Таблица 1
Макрокомпонентный состав в снежном покрове городских территорий
Территория исследования. Город Березники расположен в северной части Пермского края и является крупным промышленным центром калийной промышленности. На Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей ежегодно добывается 17 млрд т К2О. Содержание KCl в руде составляет 18—34 %, MgCl2 — 20—25 %. Промышленное освоение месторождения началось в 30-е годы ХХ века. За более чем 80-летний период объем накопленных на поверхности отходов составил 270 млн т галитовых отходов и 30 млн м3 глинисто-солевых шламов. В настоящее время добыча и обогащение руды осуществляется на семи предприятиях.
Кроме горнодобывающих предприятий, в городе представлены химическая, целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, лесозаготовительная и деревообрабатывающая, пищевая, полиграфическая отрасли.
Особенность ветрового режима в течение года характеризуется высокой повторяемостью ветров южного направления (рис. 2). На территории исследования за год в среднем выпадает 660 мм атмосферных осадков. Снежный покров устанавливается в конце октября и составляет в среднем 173 дня.
Опробование снежного покрова проведено с учетом зон функционального назначения г. Березники: четыре точки были расположены в производственной зоне на расстоянии 500 м от калийных предприятий, две точки — в зоне инженерной и транспортной инфраструктуры, четыре точки — в рекреационной зоне, пять — в селитебной зоне, две точки удалены от промышленных объектов и представляют региональный фон
СВ
СЗ \ СВ и
л ЮЗ \ ЮВ
Ю
Рис. 2. Роза ветров в г. Березники (октябрь — апрель) по данным [27]
(табл. 2, рис. 3). С учетом преобладания южных ветров в качестве условного фона использованы данные по точкам, расположенных в юго-восточной части городского округа, вне зоны влияния промышленных предприятий.
Методы исследования. Исследование снежного покрова проводилось в конце марта 2018 г. перед началом снеготаяния. Отбор проб осуществлялся согласно методическим указаниям с помощью стандартного весового снегомера ВС-43, заглубляемого на всю толщину залегания снежного покрова [28]. Образцы снега растапливали при комнатной температуре, для отделения твердой фазы от растворенной фильтровали через фильтр «синяя л ента». В талой воде определялись
ч2- ^ ,2+ Л/Т„2+
HCO3 , SO
4
Cl-, NO3, NO, Ca
2'
Mg2
№+, К+, КИ+ методом капиллярного электрофореза на кАВ «Капель 104»; рН водной вытяжки, ИСО- и сухой остаток были определены титрованием.
Расположение точек опробования и характеристика снежного покрова
Таблица 2
З
В
№ пробы Местоположение Функциональная зона Широта Долгота Высота снежного покрова, м Запас воды, мм
1 Лесная опушка Промышленная 59°27' 22" N 56°54'59 ' 'E 0,84 207,67
3 Лесной массив Транспортная 59°27'16"N 56°46 '39 ' 'E 0,72 158,33
4 Лесной массив Рекреационная 59°27' 22" N 56°44 '32 ' 'E 0,67 142,67
5 Поле Селитебная 59°25' 59" N 56°38 '00 ' 'E 0,83 165,00
6 Жил. застройка Селитебная 59°25' 39" N 56°39'57 ' 'E 0,77 168,67
7 Жил. застройка Селитебная 59°24' 15" N 56°39 '53 ' 'E 0,66 135,33
8 Жил. застройка Селитебная 59°21' 26" N 56°47 '53 ' 'E 0,77 131,33
9 Лесной массив Фон 59°22' 54" N 56°48 '36 ' 'E 0,60 119,00
10 Частный сектор Селитебная 59°24 ' 58 ' ' N 56°53 '51 ' 'E 0,91 123,33
11 Лесной массив Промышленная 59°18 '42 ' 'N 56°50'31 ' 'E 0,79 114,67
12 Лесной массив Промышленная 59°16 '00 ' 'N 56°50 '52 ' 'E 0,72 166,00
13 Лесной массив Фон 59°18 '15 "N 56°56 '20 ' 'E 0,74 163,67
14 Лесной массив Промышленная 59°21 '20 ' 'N 56°55 '29 ' 'E 0,72 144,00
15 Лесной массив Рекреационная 59°23 '14 ' 'N 56°52 '47 ' 'E 0,62 83,33
16 Городской парк Рекреационная 59°24 '41 ' 'N 56°48 '10 ' 'E 0,60 89,33
17 Городской парк Рекреационная 59°24 '08 ' 'N 56°49 '24 ' 'E 0,57 114,00
Рис. 3. Расположение точек отбора в г. Березники
Для изучения особенностей формирования химического состава снежного покрова на исследуемой территории сравнение проводилось с химическим составом арктического снега [11], а для выявления роли калийной промышленности на фоне существующего влияния городской среды сравнение проводилось с химическим составом снега крупной городской агломерации Москвы [18]. Для оценки трансформации химического состава снежного покрова использованы несколько показателей: соотношение С1_ и №+ (моль), С1_ и 802 (моль), №+ и К+ (моль).
Статистическая обработка результатов химико-аналитических исследований выполнена в
программе 81аИ8Иса7, Ехе1. Построение Пайпер-диаграммы выполнено в программе AqQA.
Результаты и их обсуждение. Высота снежного покрова изменялась от 0,60 м на открытых пространствах и до 0,91 м в залесенных (табл. 2). Средняя высота снежного покрова составила 0,72 м. Плотность снежного покрова на территории исследования изменялась от 0,13 до 0,25 г/см3 со средним значением 0,20 г/см3. Запас воды в зависимости от места обора проб изменялся от 83 до 207 мм, среднее значение составило 140 мм.
Результаты исследования макрокомпонент-ного состава снеговых вод рассматриваемой территории приведены в табл. 3. Снеговые воды в
Таблица 3
Химический состав снеговых вод
№ точки отбора рН нсо3 мг/л 8с>4 мг/л С1~ мг/л n03 мг/л n02 мг/л Са2+ мг/л м82+ мг/л мг/л к+ мг/л N114 мг/л Сухой остаток, мг/кг Тип талых вод с1/№ моль с1/804 моль моль
Промышленная зона
1 6,06 2,49 0,94 4,20 1,53 < 0,02 1,06 < 0,25 1,74 1,48 < 0,5 27,0 №-С1 1,57 12,11 2,00
11 6,16 2,49 1,02 4,46 1,65 < 0,02 0,88 < 0,25 0,81 3,61 0,72 15,2 К-С1 3,57 11,85 0,38
12 6,10 3,73 0,9 4,90 1,5 < 0,02 1,13 < 0,25 1,38 3,47 < 0,5 63,0 К-С1 2,30 14,75 0,68
14 6,39 1,22 0,99 12,8 1,59 < 0,02 0,9 < 0,25 3,17 7,2 < 0,5 32,6 К-С1 2,62 35,01 0,75
Рекреационная зона (г. Березники)
4 6,91 12,4 1,18 1,27 1,92 0,05 3,23 < 0,25 2,47 0,91 1,73 38,8 Са-НСОз 0,33 2,92 4,62
15 6,5 6,22 1,23 1,93 1,66 0,02 1,98 < 0,25 0,57 1,08 0,8 59,0 Са-НСОз 2,20 4,25 0,9
16 6,98 12,4 1,1 1,86 1,48 0,03 3,62 0,28 0,94 1,14 0,98 30,2 Са-НСОз 1,28 4,58 1,40
17 6,87 6,22 1,08 1,62 1,51 0,03 1,89 < 0,25 1,30 0,7 1,01 28,8 Са-НСОз 0,81 4,06 3,16
Селитебная зона (г. Березники, г. Усолье)
5 6,11 1,22 0,57 < 0,5 1,39 < 0,02 0,98 < 0,25 < 0,5 < 0,5 0,71 13,0 Са-ИОз — — —
6 6,03 2,49 0,91 < 0,5 1,25 < 0,02 0,59 < 0,25 < 0,5 0,54 < 0,5 5,20 Са—N03 — — —
7 6,24 4,98 0,84 0,67 0,99 < 0,02 1,3 < 0,25 < 0,5 0,68 < 0,5 32,6 Са-НСОз — 2,16 —
8 6,44 4,98 0,99 0,92 1,52 < 0,02 0,69 < 0,25 0,56 0,69 1,54 16,0 Са-НСОз 1,07 2.52 1,38
10 6,31 3,73 1,19 1,35 1,16 < 0,02 0,99 < 0,25 0,54 0,83 0,76 119,0 Са—С1 1,62 3,07 1,11
Транспортная зона
3 7,08 13,7 1,13 1,43 2,17 0,02 2,46 < 0,25 3,15 < 0,5 0,92 157,0 №-НС03 0,29 3,43 -
Региональный фон
13 6,15 2,49 0,85 1,51 1,43 < 0,02 0,95 < 0,25 < 0,5 1,03 0,5 13,8 Са—С1 — 4,81 —
9 6,22 3,73 1,12 1,36 1,39 < 0,02 1,12 < 0,25 0,55 1,19 0,69 74,2 Са—С1 1,60 3,29 0,79
Статистические значения
Среднее 6,43 5,56 1,00 2,54 1,51 0,02 1,50 0,25 1,27 1,55 0,82 48,18 — 1,61 7,77 1,56
Ст. откл. 0,36 4,08 0,16 2,96 0,27 0,01 0,88 0,01 0,96 1,72 0,36 41,87 — — — —
Арктический 5,42 — 0,95 6,22 0,217 — 0,26 0,449 2,86 0,18 — — — 1,40 17,7 27,01
снег [11]
Снег города [18] — 3,9 3,0 2,7 1,74 — 2,6 0,24 0,78 0,3 0,64 — Са—С1* 2,24* 2,43* 4,42*
* с добавлением авторов*
80 %, 60 %% 40 %\ 20 %
Са
С1
Рис. 4. Диаграмма Пайпера основных анионов и катионов в талых снежных водах. Символы: голубой круг — промышленная зона; сине-зеленый треугольник — транспортная зона; красный круг — рекреационная зона; зеленый круг — селитебная зона; серый круг — фоновая зона
зависимости от функциональной зоны места опробования относятся к разным типам вод от хло-ридно-калиевых в промышленной зоне до гидро-карбонатно-кальциевой в селитебной и рекреационной зонах. Соотношение главных катионов и анионов отображены в диаграмме Пайпера (рис. 4).
По средним значениям концентрации в мэкв/л катионы в талых снежных водах городской агломерации распределяются по уменьшению следующим образом Са2+ (0,074) > (0,050) > К+ (0,038) > Мя2+ (0,002), а анионы — НС0_ (0,091) > С1_ (0,069) > N03 (0,024) > Яо2 (0,020). Преобладание НС03_ и
Са2+
свидетельствует о том, что на континенте происходит трансформация химического состава осадков за счет пыления почв и горных пород. Преобладание среди анионов С1_, а катионов №+ в арктическом снеге [11] сменяется на НС0_ и Са2+.
Талые воды характеризуются слабокислой и нейтральной реакцией, среднее значение рН составляет 6,3, что выше значений для арктического снега [11]. Значения рН определяются содержанием НС0_ и Са2+ (рис. 5), коэффициент корреляции (г) для этих значений составляет 0,9 и 0,84 соответственно (табл. 4). Максимальные значения рН относятся к транспортной зоне
(проба 3), рекреационной (пробы 4, 15, 16 и 17) и селитебной зонах (пробы 6, 7 и 8). Повышенные содержания НС03_ и Са2+ характерны для урбанизированной территории, где в зимнее время сохраняется высокая доля присутствия пыли. Именно эти элементы определяют Са-НС03 тип талых снежных вод для рекреационной зоны и с некоторыми исключениями для селитебной территории, а максимальные величины сухого остатка (табл. 3) свидетельствуют о высоком со дер -
жании пыли в снеге.
2_
Содержание 804 в снежном покрове незначительно изменяется в различных функциональных зонах, при среднем значении 1 мг/л, что соответствует показателям для арктического снега 0,95 мг/л [11]. Максимальные значения содержа-
ния 804 так же, как и содержание НС0_ и Са2+ характерны для транспортной зоны (проба 3), рекреационной (пробы 4, 15 и 16) и селитебной зонах (проба 10).
№+, К+ и С1_ являются приоритетными загрязнителями калийной промышленности. В целом распределение данных показателей в снежном покрове зависит от близости предприятий калийной промышленности, где отмечаются максимальные значения в промышленной зоне (рис. 6).
мг/л 14
Номер пробы
рН
72
70 68 66 64
62 Ь
Номер пробы
Рис. 5. Графики распределения рН, НСО3 и Са2+ в талых снежных водах. Нумерация проб согласно табл. 2
Среднее содержания С1- в талых водах исследуемой территории составляет 2,54 мг/л, что в 2,5 раза меньше средней концентрации С1- в арктическом снеге [11] и незначительно выше концентраций С1- в снеговом покрове г. Москвы [18]. На фоне средних показателей для г. Березники снежный покров промышленной зоны отличается более высокими значениями содержания С1- и изменяется от 4,2 до 12,8 мг/л (пробы 1, 11, 12 и 14).
Высокая корреляционная связь (г = 0,96) между К+ и С1- свидетельствует об общих факторах, определяющих характер распространения данных веществ, но техногенная составляющая про-
является более ярко. Средняя концентрация К+ в снеговых водах составляет 1,55 мг/л. Данное значение в 8,6 раз выше концентраций К+ в арктическом снеге [11] и в пять раз выше значений для г. Москвы [18]. Максимальные концентрация К+ достигают 7,2 мг/л, так же как и С1-, выявлены в снежном покрове промышленной зоны калийных предприятий. Содержание К+ в рекреационной, селитебной, транспортной зоне изменяется незначительно (от 0,7 до 1,19 мг/л).
Распределение №+ в снежном покрове определяется не только выбросами калийной промышленности, но и использованию антигололедных смесей для дорог. Так, максимальные
2
0
0
Таблица 4
Коэффициент корреляции (г) изучаемых параметров снежного покрова (п = 16)
рН НСО- 802 С1" N03 N0" Са2+ Мв2+ к+ NH+ ТБ8
рН 1,00
НСО- 0,90* 1,00
802" 0,57 0,54 1,00
С1" -0,13 -0,31 0,01 1,00
N0" 0,60 0,58 0,40 0,16 1,00
N0" 0,61 0,63 0,35 -0,16 0,36 1,00
Са2+ 0,84 0,89 0,49 -0,19 0,49 0,71 1,00
Mg2+ 0,49 0,53 0,16 -0,08 0,00 0,30 0,56 1,00
0,54 0,46 0,26 0,52 0,69 0,36 0,36 0,09 1,00
к+ -0,20 -0,36 -0,02 0,96 0,11 -0,17 -0,24 -0,11 0,41 1,00
NH+ 0,65 0,62 0,42 -0,32 0,46 0,72 0,53 0,17 0,20 -0,32 1,00
ТБ8 0,43 0,49 0,51 -0,09 0,35 -0,03 0,25 0,06 0,42 -0,14 0,06 1,00
* Жирным шрифтом выделена корреляция при р < 0,05000.
мг/л 14
Г! ^ 1Л Ю h 00(^0
CN ОО ^ Ln \0 t^
Номер пробы
Рис. 6. Графики распределения Ыа , К+ и С1 в талых снежных водах. Нумерация проб согласно табл. 2
концентрации Ка+ кроме промышленной зоны (пробы 11, 12 и 14) отмечены в транспортной (проба 3) и рекреационной зонах (проба 4). Среднее значение 1,27 мг/л ниже рассчитанных [11] для арктического снега, но выше средних значений концентрации ионов в снежном покрове для Москвы и Подмосковья, которые изменяются от 0,41 до 0,78 мг/л [18]. Это свидетельствует о том, что на фонепониженного содержания №+ в континентальных воздушных массах на территории г. Березники калийные предприятия и антигололедная обработка дорог создают повышенный фон содержания №+.
Содержание соединений азота КО-, КО- и КИ+ в снежном покрове территории исследования соответствует уровню городской среды г. Москвы. Максимальные концентрации приурочены в основном к рекреационной, селитебной и транспортной зонах. В селитебной зоне г. Усолье для двух проб (пробы 4 и 5) КО- определяет тип вод. Средние концентрации КО- для снежного покрова г. Березники в семь раз выше фоновых значений арктического снега [11], что свидетельствует о техногенных и антропогенных источниках поступления в атмосферный воздух соединений N в крупных промышленных городах.
Для оценки трансформации химического состава снежного покрова нами были рассчитаны отношения С1-/Ка+, СГ/Зо2" и Ка+/К+. В арктических широтах, где происходит формирование осадков, соотношения С1/Ка незначительно превышает 1 [11]. На исследуемой территории среднее значение отношения С1-/Ка+ (1,61) соответствует фоновым значениям арктического снега [11] и ниже д анного показателя для г. Москвы, где повышенный фон формируется за счет антигололедных реагентов [11, 15]. На фоне среднего
показателя для г. Березники максимальные значения отношения Cl-/Na+ (3,57) выявлены для промышленной зоны. Это свидетельствует, что Cl- поступает не только с Na+ в составе галита, но и в составе KCl. Соотношение Cl-/Na+ меньше 1, видимо, связано с применением антигололедных смесей и отмечены в транспортной зоне (проба 3) и селитебной зоне (проба 4).
Соотношение Cl-/SO4 в арктическом снеге составляет 17,7 [11] и максимально приближено к соотношению в морской воде (19,346). С продвижением на континент соотношение Cl-/SO4 уменьшается из-за поступления сернистых соединений от промышленных предприятий и транспорта. Так, в г. Москве соотношение Cl-/SO2 снижается до 2,43 по данным [18]. Для исследуемой территории максимальные значение Cl-/SO2 обнаружены в промышленной зоне в районе воздействия калийных предприятий. Значения изменяются от 11,85 до 35,01 (табл. 3). Снежный покров других функциональных зон изменяется слабо — от 2,16 до 4,81 и соответствует показателям крупной промышленной агломерации с высокой долей сульфатов в формировании химического состава снежного.
Соотношение Na/K в арктическом снеге составляет 27,01 [11]. По мере продвижения воздушных масс на континент соотношение значительно уменьшается из-за присутствия в снежном покрове частиц почвы и горных пород. Так, для г. Москвы данное соотношение составляет 4,42. На территории г. Березники минимальные значения соотношения Na/K выявлены для промышленной зоны калийных предприятий, поскольку K+ поступает с выбросами предприятий в виде KCl.
Выводы. Исследование химического состава снежного покрова на территории крупной промышленной агломерации г. Березники, являющегося одним из крупнейших центров калийной промышленности, позволило выявить техногенную трансформацию содержания основных макрокомпонентов в атмосферном воздухе. В целом трансформация химизмаснежного покрова связана с увеличением доли Ca2+ и HCO- до определяющей тип снеговых вод. По средним значениям катионы распределяются следующим образом Ca2+ (0,074) > Na+ (0,050) > K+ (0,038) > Mg2+ (0,002), а анионы — HCO- (0,091) > Cl- (0,069) > > NO3 (0,024) >SO2 (0,020). Водородный показатель снеговых вод изменяется от 6,03 до 7,08 и определяется содержанием Ca2+ и HCO3-.
На фоне усредненных характеристик талых снеговых вод для промышленной зоны характерен K-Na-Cl- тип вод, для рекреационной зоны —
0
Са-НСОз, дая селитебной зоны Ca-NO3-HCÜ3, для транспортной зоны — Na-НСОз, для фоновой территории — Ca-Cl.
Концентрации приоритетных загрязнителей калийной промышленности (Na+, K+ и Cl-) в снежном покрове г. Березники распределяется в зависимости от удаленности калийных предприятий. Максимальные концентрации данных веществ обнаружены в промышленной зоне калийных предприятий. Рассчитанные отношения макрокомпонентов Cl-/Na, Cl-/SO4 и Na/K показали свою высокую индикационную характеристику при анализе экологического состояния снежного покрова. Высокие содержания Cl- относительно Na+ свидетельствуют о том, что Cl-поступают в атмосферу не только с NaCl, но и
KCl. Это же подтверждает показатель Na/K, наименьшие значения которого обнаружены в промышленной зоне. Вероятней всего, вблизи предприятий основное поступление Cl- связано с выбросами KCl. Об исключительно техногенном
характере высоких концентраций Cl- в атмосфер_ 2_
ном воздухе свидетельствует отношение Cl / SO4 в снежном покрове. В непосредственной близости от калийного предприятия данное соотношение выше, чем в арктическом снеге в два раза, а на фоне других функциональных зон г. Березники превышения достигают 10 раз.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ проект № 2019-0858 и научного проекта РФФИ № 19-05-50071.
Библиографический список
1. Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. и др. Геохимия окружающей среды. —М.: Изд-во Недра, 1990. — 335 с.
2. Елпатьевский П. В. Химический состав снеговых вод и его изменение техногенными факторами // Геохимия зоны гипергенеза и техническая деятельность человека. — 1976. — С. 48—56.
3. Глазовский, Н. Ф. Химический состав снежного покрова некоторых районов Верхнеокского бассейна / Н. Ф. Гла-зовский, А. И. Злобина, В. П. Учватов. — Пущино: НЦБИ АН СССР, 1978. — 28 с.
4. Сорокина О. И., Кошелева Н. Е., Касимов Н. С., Голованов Д. Л., Бажа С. Н., Доржготов Д., Энх-Амгалан С. Тяжелые металлы в воздухе и снежном покрове Улан-Батора // География и природные ресурсы. — 2013. — № 3. — С. 159—170.
5. Хайрулина Е. А., Никифорова Е. А., Ворончихина Е. А. Влияние регионального переноса загрязнителей на трансформацию биогеохимических параметров горно-таежных ландшафтов // Теоретическая и прикладная экология. — 2011. — № 1. — С. 61—68.
6. Копылов И. С. Аномалии тяжелых металлов в почвах и снежном покрове города Перми как проявление факторов геодинамики и техногенеза // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 1. — С. 335—339.
7. Василевич М. И., Безносиков В. А., Кондатенок Б. М. Накопление растворимых и малорастворимых форм металлов в снежном покрове таежной зоны европейского северо-востока России // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2015. — № 2. — С. 111—118.
8. Ворончихина Е. А., Блинов С. М., Меньшикова Е. А. Технофильные металлы в естественных и урбанизированных экосистемах Пермского края // Экология урбанизированных территорий. — 2013. — № 1. — С. 103—108.
9. Kasimov N. S., Kosheleva N. E. Nikiforova E. M. Vlasov D. V. Benzo[a]pyrene in urban environments of eastern Moscow: pollution levels and critical loads // Atmospheric Chemistry and Physics. — 2017. — No. 17. — P. 2217—2227.
10. Власов Д. В., Голованов Д. Л., Кошовский Т. С., Малахов Г. А., Минасян Т. Э., Хлынина А. В., Чекменева Н. А., Ястребова Л. В. Индикация по снежному покрову воздействия ОАО «Славнефтьянос» на ландшафты пригорода г. Ярославля для оценки экологического риска // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. — 2011. — № 4. — С. 402—408.
11. Caritat P., Hall G., Gislason S et al. Chemical composition of arctic snow: Concentration levels and regional distribution of major elements // Science of The Total Environment. 2005. 336 (1—3). P. 183—99.
12. Василевич М. И., Симакин Л. В. Особенности формирования химического состава снежного покрова на территории Печоро-Илычского биосферного заповедника // Геоэкология, Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2017. — № 5. — С. 48—56.
13. Никифорова Е. М., Касимов Н. С., Кошелева Н. Е. Многолетняя динамика антропогенной солонцеватости почв ВАО Москвы при использовании противогололедных реагентов // Почвоведение. — 2017. — № 1. — C. 93—104.
14. Касимов Н. С. Экогеохимия городских ландшафтов / Н. С. Касимов. — М.: Издательство Московского университета, 1995. — 336 с.
15. Касимов Н. С., Кошелева Н. Е., Власов Д. В., Терская Е. В. Геохимия снежного покрова в Восточном округе Москвы // Вестник Московского университета. Серия 5. География. — 2012. — № 4. — С. 14—24.
16. Блинов С. М., Меньшикова Е. А., Батурин Е. Н., Ушакова Е. С., Золотарев Л. Р. О составе снега на территории Верхнекамского солевого месторождения // Лед и снег. — 2015. — № 1 (129). — С. 121—128.
17. Холодова М. С., Долгих П. Г., Доржиева А. М., Лончакова А. Д. Особенности распределения ионов хлора и натрия в водной фазе снегового покрова территории г. Усолье-Сибирское // Вопросы естествознания. — 2018. — № 4 (18). — С. 115—120.
18. Еремина И. Д., Григорьев А. В. Кислотность и химический состав снежного покрова в Москве и Подмосковье за период 1999—2006 гг. // Вестник Московского университета. Серия 5. География. — 2010. — № 3. — С. 55—60.
19. Макаров В. Н. Геохимия снежного покрова таежных и горных мерзлотных ландшафтов Якутии // Лед и Снег. — 2014. — № 54 (1). — С. 73—80.
20. Ушакова Е. С., Щукова И. В. Химический состав снежного покрова г. Перми // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. — 2017. — № 17. — С. 232—235.
21. Гребенщикова В. И. Геохимическая специфика состава снеговой воды некоторых городов Иркутской области // Вода: химия и экология. — 2013. — № 2. — С. 20—25.
22. Larionova E., Voronchihina E., Loskutova N., Fedosova E. The impact of industrial cities in front of the westem Urals, Russia, on natural reserve // Engineering geology for tomorrow's cities: 10 th Congress of the International Association for Engineering geology and the Environment: Abstracts, 6—10 Sept. 2006, Nottingham, United Kingdom. — P. 91.
23. Хомич В. С., Жумарь П. В., Коробейников Б. И., Тищиков Г. М. Деградация природной среды в зонах воздействия калийных производств // Природная среда Беларуси. 2002. — С. 332—347.
24. Хайрулина Е. А. Формирование экологической обстановки при разработке месторождения калийных солей // Проблемы региональной экологии. — 2015. — № 4. — С. 140—145.
25. Еремченко О. З., Четина О. А., Кусакина М. Г., Шестаков И. Е. Техногенные поверхностные образования зоны со-леотвалов и адаптация к ним растений. — Пермь: Изд-во Перм. гос. нац. исслед. ун-т, 2013. — 148 с.
26. Рочев А. В. Объемная зональность соляных отвалов калийных рудников Верхнекамского месторождения // Уральский минералогический сборник. — 1999. — № 9. — С. 16—173.
27. База данных «Архив погоды» (электронный ресурс) https://rp5.ru/ (дата обращения 25.05.2020)
28. РД 52.04.186—89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. — М.: Государственный комитет СССР по гидрометеорологии, Минздрав СССР, 1991.
PARTICULARITIES OF THE DEVELOPMENT OF THE MACRO COMPONENT COMPOSITION OF THE SNOW COVER IN A LARGE CENTER OF THE POTASH INDUSTRY, THE CITY OF BEREZNIKI
E. A. Khayrulina, Leading Researcher, Head of the Laboratory of the Natural Science Institute of Perm State National Research University, khayrulina@psu.ru, Perm, Russia,
E. S. Ushakova, Junior Researcher of the Natural Science Institute of Perm State National Research University, ushakova.evgeniya@gmail.com, Perm, Russia
References
1. Saet Yu. E., Revich B. A., Yanin E. P. et al. Geohimiya okruzhayushchej sredy [Environmental geochemistry]. Moscow, Ne-dra. 1990. 335 p. [in Russian].
2. Elpatyevskiy P. V. Himicheskiy sostav snegovyih vod i ego izmenenie tehnogennyimi faktorami. Geohimiya zonyi gipergeneza i tehnicheskaya deyatelnost cheloveka [Chemical composition of snow water and its change by anthropogenic factors. Geochemistry of the hyper genesis zone and human technical activity]. 1976. P. 48—56 [in Russian].
3. Glazovskiy N. F. Khimicheskii sostav snezhnogo pokrova nekotorykh raionov Verkhneokskogo basseina [Chemical Composition of Snow Cover in Some Areas of the Upper Oka Basin] / N. F. Glazovskii, A. I. Zlobina, V. P. Uchvatov. Prepr. Push-chino, NTsBI AN SSSR, 1978. 28 p. [in Russian].
4. Sorokina O. I., Kosheleva N. E., Kasimov N. S., Golovanov D. L., Bazha S. N., Dorzhgotov D., Enkh-Amgalan S. Tyazhe-lyie metallyi v vozduhe i snezhnom pokrove Ulan-Batora. Geografiya i prirodnyie resursyi [Heavy metals in the air and snow cover of Ulan-Bator. Geography and natural resources]. 2013. No 3. P. 159—170 [in Russian].
5. Khayrulina E. A., Nikiforova E. A., Voronchikhina E. A. Vliyanie regionalnogo perenosa zagryazniteley na transformatsiyu biogeohimicheskih parametrov gorno-taezhnyih landshaftov. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya [Regional transfer influence on the biogeochemical parameters transformation of the mountain-taiga landscapes. Theoretical and applied ecology]. 2011. No 1. P. 61—68 [in Russian].
6. Kopylov I. S. Anomalii tyazhelyih metallov v pochvah i snezhnom pokrove goroda Permi kak proyavlenie faktorov geodi-namiki i tehnogeneza. Fundamentalnyie issledovaniya [Heavy metals anomalies in the soils and snow cover of the city of Perm as a manifestation of the geodynamics and technogenesis factors. Fundamental research]. 2013. No 1. P. 335—339 [in Russian].
7. Vasilevich M. I., Beznosikov V. A., Kondatenok B. M. Nakoplenie rastvorimyih i malorastvorimyih form metallov v snezhnom pokrove taezhnoy zonyi evropeyskogo severo-vostoka Rossii. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya. Gidrogeologiya. Ge-okriologiya [Accumulation of the soluble and low-soluble metal forms in the snow cover of the taiga zone of the European northeast of Russia. Geoecology. Engineering geology. Hydrogeology. Geokryology]. 2015. No 2. P. 111—118 [in Russian].
8. Voronchikhina E. A., Blinov S. M., Menshikova E. A. Tehnofilnyie metallyi v estestvennyih i urbanizirovannyih ekosistemah Permskogo kraya. Ekologiya urbanizirovannyih territoriy [Technophilic metals in the natural and urbanized ecosystems of the Perm Territory. Ecology of urban areas]. 2013. No 1. P. 103—108 [in Russian].
9. Kasimov N. S., Kosheleva N. E., Nikiforova E. M., Vlasov D. V. Benzo[a]pyrene in urban environments of eastern Moscow: pollution levels and critical loads. Atmospheric Chemistry and Physics. 2017. No 17, P. 2217—2227.
10. Vlasov D. V., Golovanov D. L., Koshovsky T. S., Malakhov G. A., Minasian T. E., Khlynina A. V., Chekmeneva N. A., Yastrebova L. V. Indikatsiya po snezhnomu pokrovu vozdeystviya OAO "Slavneftyanos" na landshaftyi prigoroda g. Yaro-slavlya dlya otsenki ekologicheskogo riska. Aktualnyie problemyi gumanitarnyih i estestvennyih nauk [Indication by snow cover of the OAO "Slavneftyanos" influence on the Yaroslavl suburb landscapes for ecological risk estimation. Actual problems of humanities and natural sciences]. 2011. No 4. P. 402—408 [in Russian].
11. Caritat P., Hall G., Gislason S et al. Chemical composition of arctic snow: Concentration levels and regional distribution of major elements. Science of The Total Environment. 2005. No 336 (1—3). P. 183—99.
12. Vasilevich M. I., Simakin L. V. Osobennosti formirovaniya himicheskogo sostava snezhnogo pokrova na territorii Pechoro-Ilyichskogo biosfernogo zapovednika. Geoekologiya, Inzhenernaya geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya [Peculiarities of the snow cover chemical composition formation in the Pechora-Ilych biosphere reserve. Geoecology, Engineering geology. Hydrogeology. Geokriology]. 2017. No 5. P. 48—56 [in Russian].
13. Nikiforova E. M., Kasimov N. S., Kosheleva N. E. Mnogoletnyaya dinamika antropogennoy solontsevatosti pochv VAO Moskvyi pri ispolzovanii protivogololednyih reagentov. Pochvovedenie [Multi-year dynamics of the anthropogenic salinity of the Moscow region soils with the use of the anti-icing reagents. Soil science]. 2017. No 1. P. 93—104 [in Russian].
14. Kasimov N. S. Ekogeohimiya gorodskih landshaftov [Ecogeochemistry of the urban landscapes]. Moscow, Publishing House of Moscow University, 1995. 336 p. [in Russian].
15. Kasimov N. S., Kosheleva N. E., Vlasov D. V., Terskaya E. V. Geohimiya snezhnogo pokrova v Vostochnom okruge Moskvyi. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. [Geochemistry of the snow cover in the Eastern district of Moscow. Bulletin of the Moscow University. Series 5. Geography]. 2012. No 4. P. 14—24 [in Russian].
16. Blinov S. M., Menshikova E. A., Baturin E. N., Ushakova E. S., Zolotaryov L. R. O sostave snega na territorii Verhnekam-skogo solevogo mestorozhdeniya. Led i sneg [About the snow composition on the Verkhnekamsk salt deposit territory. Ice and snow]. 2015. No 1 (129). P. 121—128 [in Russian].
17. Kholodova M. S., Dolgiy P. G., Dorzhieva A. M., Lonchakov A. D. Osobennosti raspredeleniya ionov hlora i natriya v vodnoy faze snegovogo pokrova territorii g. Usole-Sibirskoe. Voprosyi estestvoznaniya [Peculiarities of distribution of chlorine and sodium ions in the water phase of snow cover of the territory of Usolye-Sibirskoye. Natural science issues]. 2018. No 4. (18). P. 115—120 [in Russian].
18. Eremina I. D., Gregory A. V. Kislotnost i himicheskiy sostav snezhnogo pokrova v Moskve i Podmoskove za period 1999— 2006 gg. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya [Acidity and chemical composition of snow cover in Moscow and Moscow region for the period 1999—2006. Journal of Moscow University. Series 5. Geography]. 2010. No 3. P. 55—60 [in Russian].
19. Makarov V. N. Geohimiya snezhnogo pokrova taYozhnyih i gornyih merzlotnyih landshaftov Yakutii. Lyod i Sneg [Snow cover geochemistry of the taiga and mountain permafrost landscapes of Yakutia. Ice and snow]. 2014. No 54 (1). P. 73—80 [in Russian].
20. Ushakova E. S., Shchukova I. V. Himicheskiy sostav snezhnogo pokrova g. Permi. Geologiya i poleznyie iskopaemyie Za-padnogo Urala [Chemical composition of the snow cover in the city Perm. Geology and mineral resources of the Western Urals]. 2017. No 17. P. 232—235 [in Russian].
21. Grebenschikova V. I. Geohimicheskaya spetsifika sostava snegovoy vodyi nekotoryih gorodov Irkutskoy oblasti. Voda: himiya i ekologiya [Geochemical specificity of the snow water composition in some cities of Irkutsk region. Water: chemistry and ecology]. 2013. No 2. P. 20—25 [in Russian].
22. Larionova E., Voronchikhina E., Loskutova N., Fedosova E. The impact of industrial cities in front of the western Urals, Russia, on natural reserve // Engineering geology for tomorrow's cities: 10th Congress of the International Association for Engineering geology and the Environment: Abstracts, 6—10 Sept. 2006. Nottingham, United Kingdom. P. 91.
23. Khomich V. S., Zhumar P. V., Korobeinikov B. I., Tishikov G. M. Degradatsiya prirodnoy sredyi v zonah vozdeystviya kaliynyih proizvodstv. Prirodnaya sreda Belarusi [Degradation of the natural environment in the zones of the potassium production influence. Natural environment of Belarus]. 2002. P. 332—347 [in Russian].
24. Khayrulina E. A. Formirovanie ekologicheskoy obstanovki pri razrabotke mestorozhdeniya kaliynyih soley.Problemyi region-alnoy ekologii [Formation of an ecological situation at development of a potash salt deposit. Regional Environmental Issues]. 2015. No 4. P. 140—145 [in Russian].
25. Yeremchenko O. Z., Chetina O. A., Kusakina M. G., Shestakov I. E. Tekhnogennye poverhnostnye obrazovaniya zony so-leotvalov i adaptaciya k nim rastenij [Technogenic surface formations of the salt dump zone and adaptation of plants to them]. Perm, PSU Publ. 2013. 148 p. [in Russian].
26. Rochev A. V. Ob'emnaya zonalnost solyanyih otvalov kaliynyih rudnikov Verhnekamskogo mestorozhdeniya. Uralskiy min-eralogicheskiy sbornik [Volumetric zonality of salt dumps of potash mines of Verkhnekamskoye deposit. Ural mineralogical collection]. 1999. No 9. P. 16—173 [in Russian].
27. Baza dannyih "Arhiv pogodyi" [Database "Weather Archive"] (electronic resource) https://rp5.ru/ (date of access 25.05.2020) [In Russian].
28. RD 52.04.186—89. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery. Moskva, 1991 [RD 52.04.186—89. Guidance document: Air Pollution Control Guide], Moscow, USSR, 1991 [In Russian].
