CC BY
91
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Г. ВОРОНЕЖА ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
Т.И. Прожорина, доцент, к.х.н., С.А. Куролап, профессор, д.г.н., Н.И. Якунина, магистрант, Воронежский государственный университет, г. Воронеж
В настоящее время наиболее востребованными являются экспрессные методы контроля качества окружающей среды, которые позволяют произвести относительно быструю оценку эколого-геохимической обстановки. Один из таких методов основан на использовании снежного покрова. Снег обладает высокой сорбционной способностью и осаждает из атмосферы на земную поверхность значительную часть продуктов техногенеза. Многолетний мониторинг снежного покрова позволяет выявить пространственно-временные особенности распределения элементов, выявить очаги загрязнения и определить тенденцию в изменении качества окружающей среды [1].
Цель работы заключалась в исследовании химического состава снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа и выявлении зависимостей между наличием загрязняющих веществ и уровнем техногенного воздействия.
В период, предшествующий снеготаянию, 11.02.2015 года были отобраны 47 проб снега в различных функциональных зонах города Воронежа с разной степенью техногенного воздействия: 11 проб в жилой зоне, 9 - в промышленной зоне, 9 - в транспортной зоне, 6 - в зоне рекреации, 10 - районы перспективной застройки (жилые) и 2 фоновые пробы.
Репрезентативные пробы «лежалого» снега отбирались по всей толще снежного покрова [2]. Пробы снега растапливались при комнатной температуре, талую воду фильтровали. По осадку на фильтре, определяли взвешенные вещества (весовым методом), а в фильтрате определяли следующие показатели: NH4+, NO3-, NO2- (колориметрический метод); общая жесткость, Са2+, Cl-, SO42-, HCO3- (титриметрический); рН (потенциометрический); минерализация и Mg2+ (расчетный) [3].
Исследования химического состава снега выполнены на следующий день после отбора проб (12.02.2015 г.) на базе учебной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета.
Для более объективной характеристики геохимической индикации загрязнения снежного покрова за основу принимается сопоставление концентраций поллютантов городских проб снега с соответствующими значениями их фонового аналога. Это достигается расчетом коэффициента концентрации химических элементов (Кс) по формуле:
Кс = С,
с С
Сф
где С - содержание элемента в объекте, Сф - фоновое содержание элемента [1].
В качестве фона была выбрана № 47, расположенная в северном направлении в 15 км от города в Рамонском районе, СТ «Северный бор».
С целью выявления степени техногенной нагрузки на районы города Воронежа, был сделан сравнительный анализ полученных результатов:
1) по данным фактического присутствия загрязняющих веществ в атмосферных осадках для исследуемых функциональных зон;
2) по рассчитанным коэффициентам концентрации химических элементов для исследуемых проб снега.
Результаты анализа химического состава талой воды указывают на повышенный техногенный уровень загрязнения снежного покрова во всех исследуемых функциональных зонах г. Воронежа [4]. Так, например, содержание минеральной пыли в пробах снега варьирует от 34,81 до 620,08 мг/л. Низкие значения взвешенных веществ (от 34,0 до 93,22 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в зонах перспективной застройки (точки 36, 39, 40, 41, 42) и рекреации (точки 15, 19, 20, 26, 47).
Высокие значения взвешенных веществ (более 204 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных в промышленной (точки 12, 28, 29, 31) и еще больше в транспортной зонах (точки 6, 7, 10, 16, 21). Это объясняется повышением уровня загрязненности атмосферы городских ландшафтов. В промышленных городах запыленность воздуха увеличивается в 5-10 раз по сравнению с фоном и ведет к возрастанию роли взвешенных частиц как носителей химических элементов [1].
Значения минерализации снежных проб варьируют от 30,5 (фон) до 190,69 мг/л. Наибольшие значения минерализации (более 150 мг/л) характерны для шести проб снега:
- точка 17 и 33 - транспортная зона 171,4 и 172,9 мг/л;
- точка 22 и 23 - жилая застройка 161,01 и 167,87 мг/л;
- точки 36 и 39 - перспективная застройка 190,69 и 159,7 мг/л.
Минимальные значения минерализации снеговых вод (менее 100 мг/л) за
некоторым исключением прослеживаются, в основном, для жилой зоны (точки 1, 3, 9, 13, 18, 24); зоны рекреации (точки 4, 15, 19, 20, 30, 34) и для 3-х точек перспективной застройки (точки 38,41,42).
Об антропогенном загрязнении атмосферы также свидетельствует увеличение концентрации катионов Са2+ и Mg2+ в атмосферных осадках и соответственно жесткости. Величина общей жесткости снежных проб варьирует от 0,053 до 1,172 мг-экв/л. Минимальные значения жесткости (менее 0,1 мг-экв/л) отмечаются в точках 26, 34, 47 (зона рекреации) и в точках 40, 43 (перспективная застройказона). Максимальные значения (более 0,20 мг-экв/л) отмечены для точек транспортной (6, 7, 10, 16, 21, 33), промышленной (28, 29, 31) и жилой зоны (13, 18, 45).
Присутствие хлоридов в снеге напрямую связано с интенсивностью применения антигололедных средств для дорожных покрытий в зимний период.
В г. Воронеже для этих целей используется песчано-соляная смесь. Содержание С1--ионов в пробах снега варьирует от 3,09 мг/л (фон) до 40,15 мг/л. Максимальные концентрации (более 10 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной зоны (точки 7, 10, 16, 21, 33); по 1 пробе в зоне рекреации и жилой СП (точки 26 и 45 соответственно), а также в двух точках перспективной застройки (точки 39 и 44).
Наличие азотсодержащих соединений в воде определяется деятельностью бактерий, но в зимний период в снежном покрове их присутствие невозможно, поэтому все содержание N03-, N02-, NH4+-ионов в талой воде обусловлено только антропогенным воздействием, к которому можно отнести, в первую очередь, выбросы от промышленных предприятий и автотранспорта (оксиды азота). Так, например, значения N03- - аниона изменяются от 1,46 до 49,88 мг/л. Максимальные значения нитратов (более 27 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной (точки 6, 7, 8, 16, 21, 33), жилой (точки 13,24,25,45) и промышленной зоны (точки 5, 12, 31). Минимальные значения N03- - аниона (менее 5 мг/л) - в зонах рекреации (4, 15, 19, 26) и перспективной застройки (точки 40, 42).
Величина рН снежных проб изменяется в интервале от 5,3 до 8,12. Наиболее высокие значения рН (7,0-7,3) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в транспортной зоне (точки 6, 8, 10, 33), а также в промышленной зоне (точки 5, 12, 14, 29).
По степени минерализации и содержанию пыли в снеге можно судить о «техногенном давлении» на среду. Поэтому сравнительный анализ степени загрязненности снега в различных функциональных зонах города проводили по двум показателям химического состава - общая минерализация и взвешенные вещества (пыль).
Для проб снега, отобранных в зоне рекреации, значения минерализации составляют от 61,41 до 143,27 мг/л, а содержание взвешенных веществ от 35 (точка 19) до 220,5 мг/л (точка 30). Наиболее «чистой» парковой зоной является точка 19 (ул. Маршала Одинцова, 11). Наиболее «загрязненная» зона рекреации отмечена в точке 30 (ул. 9 Января, 262/1). В среднем величина минерализации для точек рекреации составляет 90,0 мг/л, а взвешенных частиц - 103 мг/л. Часто зоны рекреации располагаются вблизи автомагистралей (например, ул. Набережная Масалитинова, ул. 9 Января), поэтому они также загрязнены продуктами выбросов автотранспорта.
В жилой зоне было выделено 3 подзоны: центральная историческая часть города (жилая ЦИ); кварталы с современной многоэтажной застройкой (жилая СП) и частный сектор с одноэтажной застройкой (жилая ЧС). Анализ показал, что наибольшая минерализация и содержание пыли наблюдается в зонах жилая ЧС и жилая СП.
Среди проб жилой ЦИ наиболее «чистая» точка 9 (ул. Ворошилова, 30), наиболее «загрязненная» - точка 3 (ул. Героев Стратосферы, 8), для них содержание взвешенных веществ возрастает от 107,3 до 290,4 мг/л.
Для проб жилая ЧС наиболее «чистая» точка 24 (ул. Шишкова, 53). Наиболее «загрязненные» - точки 13 (ул. Циолковского) и 25 (ул. Нагорная, 25), для них минерализация достигает 161 мг/л, а количество взвешенных частиц - 373,6 мг/л.
Для проб жилой СП трудно выделить наиболее «чистую» зону. Однако, очевидно, что наиболее «загрязненная» - точка 45 (ул. Грамши, 70), которая характеризуется высокими значениями минерализации (95,3 мг/л) и взвешенных частиц (367 мг/л).
Для проб снега, отобранных в промышленной зоне, величина минерализации изменяется незначительно от 94,1 до 128,7 мг/л, а содержание взвешенных веществ варьирует в широком диапазоне - от 40,39 до 351,4 мг/л. Большинство проб превышают фоновую минерализацию в 3,1-4,2 раза. К наиболее «загрязненной» промышленной зоне по содержанию пыли и азотистых соединений можно отнести сразу несколько проб снега:
- точка № 12 (ул. Ленинградская, 98а) - взвешенные вещества превышают фон в 9,5 раза; минерализацию - в 3,1 раза; нитраты - в 19,8 раза;
- точка № 28 (пр-т Труда, 111) - взвешенные вещества превышают фон в 9,8 раза; минерализацию - в 3,3 раза; нитраты - в 17 раз;
- точка № 29 (ул. 9 Января, 180)- взвешенные вещества превышают фон в 10,1 раза; минерализацию - в 3,2 раза; нитриты и нитраты - в 23,5 и 17 раз;
- точка № 31 (ул. Дорожная, 15) - взвешенные вещества превышают фон в 7,7 раза; минерализацию - в 4,2 раза; нитриты и нитраты - в 24 и 22 раза.
Величина минерализации для проб снега, отобранных в транспортной зоне, варьирует от 93,1 до 172,9 мг/л, а содержание взвешенных частиц - от 94,7 до 620,08 мг/л. Наименее загрязненная проба № 11 (ул. Саврасова). К наиболее «загрязненной» транспортной зоне относятся:
- точка № 6 (Московский пр-т, 36) - взвешенные вещества превышают фон в 15,1 раза; жесткость - в 6,9 раза; нитриты и нитраты - в 30 и 31 раз;
- точка № 16 (ул. Брусилова - Ленинский пр-т) - пыль превышает фон в
17.7 раза; минерализация - в 5,6 раза; нитриты и нитраты - в 13 раз;
- точка № 33 (ул. Скрибиса, 16) - пыль превышает фон в 7,8 раза; минерализация - в 5,7 раза; нитраты - в 23,5 раза; хлориды - в 13 раз;
- точка № 21 (б-р Победы - ул. 60 лет Армии) - взвешенные вещества превышают фон в 5,9 раза; минерализация - в 4,7 раза; нитриты и нитраты - в
18.8 и 23,2 раза;
- точки № 7 (ул. 9 Января) - взвешенные вещества превышают фон в 8,8 раза; минерализация - в 3,7 раза; нитраты - в 26,7 раза;
- точки № 10 (ул. Матросова, 6) - взвешенные вещества превышают фон в 8,8 раза; минерализация - в 3,3 раза; нитраты - в 18,5 раза.
Из 10 проб снега перспективной застройки, 2 точки (36 и 39) по состоянию снежного покрова характеризуются как «загрязненные». В них обнаружены существенные превышения по минерализации в 6,2 и 5,2 раза. Проба № 36 (Московский пр-т, 90/1) характеризуется наибольшим коэффициентом концентрации по содержанию сульфатов в снеге (Кс= 10,3) по
сравнению с остальными пробами. А в пробе № 39 (ул. Острогожская, 148) обнаружено значительное превышение фона по содержанию всех форм азота ^4+, Ш2-, Ш3-) - в 14,4; 23,5 и 34,2 раза.
Результаты анализа показали, что по качественным и количественных характеристикам проведенных исследований к наиболее «чистым» можно отнести четыре точки перспективной застройки (точки 40, 41, 42, 43), расположенные в пос. Шилово и Отрадное.
Таким образом, исследования химического состава снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа позволили сделать следующие выводы:
1. Содержание минеральной пыли, и величина минерализации снеговых вод характеризуют интенсивность техногенного пресса на городскую среду, а состав талых вод указывает на характер ее загрязнения.
2. В пробах снега всех городских зон г. Воронежа преобладающее место занимают N03-, N02-, О- - ионы, что косвенно отражает состав техногенных выбросов в атмосферу.
3. По степени загрязненности, исследуемые городские зоны можно расположить в следующий убывающий ряд: транспортная > промышленная > жилая и рекреация > перспективная застройка > фоновая.
4. По степени загрязненности, исследуемые жилые подзоны можно расположить в следующий убывающий ряд: жилая ЧС > жилая СП > жилая ЦИ.
Список использованной литературы
1. Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов / Н.С. Касимов. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. - 336 с.
2. Гаврилова И.П. Практикум по геохимии ландшафта / И.П. Гаврилова, Н.С. Касимов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. - 447 с.
3. Прожорина Т.И. Эколого-аналитические методы исследования окружающей среды: учебное пособие / Т.И. Прожорина, Н.В. Каверина, А.Н. Никольская, Е.Ю. Иванова, А.И. Федорова и др. - Воронеж: Истоки, 2010. -304 с.
4. Куролап С.А. Воронеж: среда обитания и зоны экологического риска / С.А. Куролап, С.А. Епринцев. - Воронеж: Истоки, 2010. - 207 с.
