CC BY
23
УДК 551.321.7 + 543.062
СЕЗОНННЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКАХ ГОРОДА БАРНАУЛА
М.С. Лысенко1-2, Е.Ю. Рычкова1, Д.П. Подчуфарова1, О.М. Лабузова1,
Т.С. Папина1, Е.Г. Ильина2
'Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: ekaterinad655@gmail.com,
di.prant29@mail.ru, mom9292@mail.ru, papina@iwep.ru 2Алтайский государственный университет, Барнаул, E-mail: m_l_s_55@mail.ru, elena_iljina@yahoo.com
Анализ атмосферных осадков г. Барнаула показал существование обратной зависимости между содержанием органического углерода и количеством выпавших осадков. При этом концентрация органического углерода в снежных пробах (в пересчете на водный эквивалент) была в два раза выше относительно дождевых осадков.
Ключевые слова: атмосферные осадки, химическое потребление кислорода, органический углерод, загрязнение, спектрофотометрия.
Дата поступления 23.08.2017
Атмосферный воздух является важным компонентом окружающей среды. В населенных и промышленных центрах атмосферная влага, сорбируя на себе все городские выбросы, формирует осадки, содержащие загрязнения как естественного, так и антропогенного происхождения [1-2]. Химический состав атмосферных осадков является косвенным индикатором уровня загрязнения атмосферного воздуха и позволяет охарактеризовать состав содержащихся в нем примесей [3].
Органический углерод составляет значимую часть атмосферного аэрозоля, влияя не только на радиационный и гидрологический режим атмосферы, но и на здоровье человека. Он состоит из сотен соединений разных классов [4] и образуется в результате прямой эмиссии биогенных аэрозолей в атмосферу, а также при осаждении органических компонентов, находящихся в газовой фазе или на поверхности частиц. В свою очередь органический углерод играет важную роль в функционировании наземных экосистем [5]. Вследствие этого, его перенос с атмосферными осадками вызывает интерес, хотя данный процесс является малоизученным. Целью работы являлось изучение уровня содержания органического углерода
в атмосферных осадках г. Барнаула в зависимости от сезона года.
Отбор проб проводили на открытой площадке крыши здания ИВЭП СО РАН с 12 мая 2016 г. по 28 февраля 2017 г. Отбор и подготовку проб проводили в соответствии с нормативными документами [6]. Всего было проанализировано 200 проб атмосферных осадков, выпавших в виде дождя и снега. Пробы твердых атмосферных осадков (снега) таяли в пластиковых контейнерах при комнатной температуре. Для разделения растворенных и взвешенных форм общего органического углерода пробы дождя и талого снега фильтровали через мембранный ядерный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм в атмосфере инертного газа (аргон).
Содержание органического углерода в пробах твердых и жидких атмосферных осадков оценивали по значению величины химического потребления кислорода (ХПК), поскольку ХПК является общепринятым и достаточно простым в определении показателем, характеризующим загрязнение органическими соединениями. Для расчета концентрации органического углерода полученное значение химического потребления кислорода (ХПК, мгО/л)
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2017. (46)
умножали на коэффициент пересчета
0,375 (т.е. Н) [7].
Определение химического потребления кислорода (ХПК) проводили как в фильтрованных, так и нефильтрованных пробах осадков спектрофотометриче-ским методом на спектрофотометре ОЯ-2800 с предварительным разложением пробы в высокотемпературном термостате «НТ 200S» при температуре 150° С в течение 2 часов [8]. Проверку правильности определения ХПК проводили с помощью метода добавок. Так как в пробах атмосферных осадков присутствовало значительное количество взвеси, то сравнение содержания Сорг проводили раздельно в фильтрованных и нефильтрованных пробах.
Изменение значений средневзвешенных за месяц содержаний органического углерода в фильтрованных и нефильтрованных пробах атмосферных осадков за период с 12 мая 2016 г. по 28 февраля 2017 г. представлено на (рис. 1). Из рисунка видно, что концентрации органического углерода (Сорг.) в фильтрованных и нефильтрованных пробах имеют статистически значимые различия, при этом максимальные концентрации наблюдаются в нефильтрованных пробах. Это можно объяснить тем, что Сорг. в воздухе в большей мере находится в составе взвешенных аэрозольных частиц.
Графическое сравнение изменений водного эквивалента [9] и содержаний
органического углерода в нефильтрованных и фильтрованных пробах представлено на (рис. 2). Как видно из рисунка, существует обратная зависимость между содержанием органического углерода и количеством осадков, которая наиболее ярко выражена для дождевых проб, в то время как для снеговых такая зависимость практически не прослеживается. Следует также отметить, что содержание Сорг. как в фильтрованных, так и нефильтрованных пробах было значительно выше в зимнее время года, при этом летом был намного шире размах варьирования количества осадков.
Среднее содержание и интервалы варьирования органического углерода в атмосферных осадках г. Барнаула за исследуемый период представлены в (табл. 1). Как следует из результатов, представленных в (табл.), концентрации органического углерода максимальны в нефильтрованных пробах снежных осадков.
Полученная нами положительная, но слабая корреляция в атмосферных осадках г. Барнаула между содержанием органического углерода и органическими загрязнителями, такими как нефтепродукты (0,19), формальдегид (0,01), летучие фенолы (0,21) позволяет предположить, что в состав органического углерода, находящегося в атмосфере города, могут входить органические вещества других классов.
Рис. 1. Значения средневзвешенных за месяц содержаний органического углерода в фильтрованных (Сорг.ф) и нефильтрованных (Сорг. н.ф.) пробах атмосферных осадков г. Барнаула с мая 2016 г. по февраль 2017 г.
С орг.нф.,мг/дмЗ
" Б О ДНЕ. Ш Э КБ ИВ ¡ШвНТ
Дождь Снег
■W
V/ V.
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Дата отбора осадков
б
Рис. 2. Изменения количества осадков и содержания органического углерода в нефильтрованных (Сорг. н.ф.) (а) и фильтрованных (Сорг.ф.) (б) пробах в зависимости от
времени их отбора
Таблица
Среднее содержание и интервалы варьирования органического углерода в атмосферных осадках г. Барнаула с 12 мая 2016 г. по 28 февраля 2017 г., мг/дм3
Снег Дождь
нефильтр. фильтр. нефильтр. фильтр.
Среднее 8,56 3,67 5,64 2,25
Минимум 0,75 0,75 0,75 0,75
Максимум 39,0 20,25 22,13 9,38
На основании результатов проведенных исследований, можно заключить, что уровень содержания органического углерода в атмосферных осадках внутри сезона зависит от объема атмосферных осадков. Кроме того концентрация органического углерода в снежных осадках (в пересчете на водный эк-
Список литературы
вивалент) в два раза выше относительно дождевых, что можно объяснить уменьшением количества осадков в зимнее время и эффективной очищающей способностью снежных хлопьев за счет большей площади поверхности и высокой пористости.
1. Голубничий А.А., Литюк Т.С., Тюкалов П.А. Динамика загрязнения атмосферного воздуха города Черногорска // Universum: химия и биология. - 2014. - № 2. - С. 1-8.
2. Свистов П.Ф., Полищук А.И. Атмосферные осадки над городами и регионами России // Природа. - 2014. - № 3. - С. 28-36.
3. Латыпова В.З., Яковлева О.Г., Минакова Е.А., Жданова Г.Н., Захаров С.Д. Динамика ионного состава и кислотные свойства атмосферных осадков приказанского региона // Уч. записки Казанского университета. Сер. Естественные науки. - 2005. - № 3. - С. 141-150.
4. Попова С.А., Макаров В.И. Определение концентраций вторичного органического углерода в аэрозолях континентальной территории // V Междун. науч. конгресса «ГЕО-СИБИРЬ-2009», 20-24 апр. 2009. Т. 4. Ч. 2. - Новосибирск, СГГА, 2009. - С. 57-60.
5. Сафатов А.С., Буряк Г.А., Олькин С.Е., Резникова И.К., Макаров В.И., Попова С.А. Анализ данных мониторинга органического/неорганического углерода и сум-
а
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2017. No3 (46)
марного белка в аэрозоле приземного слоя атмосферы юга Западной Сибири // Оптика атмосферы и океана. - 2013. - № 12. - С. 1054-1058.
6. РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - СПб.: Гид-рометеоиздат, 1991. - 696 с.
7. Алекин О.А. Основы гидрохимии. - Л.: Гидрометеоиздт, 1953. - 92 с.
8. ГОСТ 31859-2012. Методика определения химического потребления кислорода.
- М., 2014. - 11 с.
9. Руководство по гидрологической практике [Электронный ресурс]. - URL: http://www.whycos.org/hwrp/guide/russian/168_Vol_I_ru.pdf.
References
1. Golubnichy A.A., Lityuk T.S., Tyukalov P.A. Dinamika zagryazneniya atmosfernogo vozdukha goroda Chernogorska // Universum: khimiya i biologiya. - 2014. - № 2. - S. 1-8.
2. Svistov P.F., Polishchuk A.I. Atmosfernye osadki nad gorodami i regionami Rossii // Priroda. - 2014. - № 3. - S. 28-36.
3. Latypova V.Z., Yakovleva O.G., Minakova Ye.A., Zhdanova G.N., Zakharov S.D. Dinamika ionnogo sostava i kislotnye svoystva atmosfernykh osadkov prikazanskogo regiona // Uch. zapiski Kazanskogo universiteta. Ser. Yestestvennye nauki. - 2005. - № 3. - S. 141-150.
4. Popova S.A., Makarov V.I. Opredeleniye kontsentratsy vtorichnogo organicheskogo ugleroda v aerozolyakh kontinentalnoy territorii // V Mezhdun. nauch. kongressa «GEO-SIBIR-2009», 20-24 apr. 2009. T. 4. Ch. 2. - Novosibirsk, SGGA, 2009. - S. 57-60.
5. Safatov A.S., Buryak G.A., Olkin S.E., Reznikova I.K., Makarov V.I., Popova S.A. Analiz dannykh monitoringa organicheskogo/neorganicheskogo ugleroda i summarnogo bel-ka v aerozole prizemnogo sloya atmosfery yuga Zapadnoy Sibiri // Optika atmosfery i okeana.
- 2013. - № 12. - S. 1054-1058.
6. RD 52.04.186-89 Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery. - SPb.: Gidrometeoizdat, 1991. - 696 s.
7. Alekin O.A. Osnovy gidrokhimii. - L.: Gidrometeoizdt, 1953. - 92 s.
8. GOST 31859-2012. Metodika opredeleniya khimicheskogo potrebleniya kisloroda. -M., 2014. - 11 s.
9. Rukovodstvo po gidrologicheskoy praktike [Elektronny resurs]. - URL: http://www.whycos.org/hwrp/guide/russian/168_Vol_I_ru.pdf.
STUDY OF THE LEVEL OF ORGANIC CARBON IN ATMOSPHERIC PRECIPITATION OF BARNAUL
M.S. Lysenko1-2, E.Y. Rychkova1, D P. Podchyufarova1, O.M. Labuzova1, T.S. Papina1,
E.G. Ilina2
'Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: ekaterinad655@gmail.com, di.prant29@mail.ru, mom9292@mail.ru, papina@iwep.ru 2Altai State University, Barnaul, E-mail: m_l_s_55@mail.ru, elena_iljina@yahoo.com
The analysis of precipitation Barnaul it was found that there is an inverse relationship between organic carbon content and the amount of precipitated precipitation. It was also found that the concentration of organic carbon in snow samples (in terms of water equivalent) is twice as high as rainfall.
Keywords: Organic carbon, atmospheric precipitation, chemical oxygen demand, pollution, spectrophotometric determination.
Received August 23, 2017
